学生分组实验

实验滚摆

演示目的

1．通过滚摆的滚动运动演示机械能守恒；

2．演示滚摆的平动转动动能之和与重力势能之间的转化。

实验原理

滚摆滚动下落的重力势能变为滚摆饶过质心的轴转动的动能和质心平动的动能。机械能守恒定律告诉我们滚摆的重力势能与滚摆的动能之和保持不变。

操作说明

1．将滚摆轴保持水平，均匀使悬线绕在轴上，待滚摆到达一定高度，使轮在挂绳悬点的正下方，放手使其平稳下落；

2．在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。轮下降到最低点,轮的转速最大，转动动能最大，然后又反向

卷绕挂绳，转动动能转化为重力

势能,轮的转速减小，位置升高。

如此可多次重复。

注意事项：

切勿使滚摆左右摆动或扭转摆

动。

实验拓展

1，试分析滚摆下落速度（平动）

与位置高度的关系。

2，试分析滚摆上下平动运动的周

期与轴径的关系。

3，试分析滚摆上下平动运动的周

期与滚摆质量的关系。

4，试分析滚摆上下平动运动的周

期与滚摆转动惯量的关系

实验静电滚筒

演示目的

本实验是演示尖端放电而产生的力学效应

实验原理

本实验是演示尖端放电而产生的力学效应。可绕中轴转动的绝缘塑料筒（矿泉

水瓶），表面粘有一些横条形导体箔，作为演示滚筒，滚筒两边与滚筒中轴平行安置放电电极杆，在杆上设置若干垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的尖针作为放电的尖端。当两个电极杆之间加上高电压时，放电将通过电极杆、尖针和筒上横条，在滚筒附近发生，尖针放电所产生的带电粒子冲击滚筒而产生力矩使滚筒转动。

操作说明

1．将静电高压电源输

出端接到两个电极杆

上，将接地线接触地

板；

2．开启高压电源，调

节高压输出电压V

（15~20KV），两电极

杆分别带上正、负电

荷后, 绝缘塑料筒在

静电尖端放电形成电

风的作用下转动；

3．断电后，绝缘塑料

筒也将随之停止转

动。

实验锥

体上滚

演示目的

1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。

2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。

实验原理

锥体与轨道的形状，它们配合起来巧妙地利用了质心运动定理，而给人以向上滚动的错觉。实际上锥体的质心由轨道的开口端向闭口端是逐渐升高的,大家实际测量一下就明白了

操作说明

1．把双圆锥体放在V字形轨道的低端(即闭口端)，松手后锥体便会自动地滚上这个斜坡，到达高端(即开口端)后停住。

注意事项:

1．不要将锥体搬离轨道!

2．锥体启动时位置要正（即锥体骑在轨道上且使其轴线垂直于两轨道的角平分线的状态），防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。

实验拓展

1，试导出实现密度均

匀的锥体能上滚时，锥

体顶角、导轨夹角、导

轨宽窄端的高度差三

者之间满足的关系。

2，试求满足1的锥体

上滚演示仪，正确放置

锥体于轨道上时（即锥

体骑在轨道上且使其

轴线垂直于两轨道的

角平分线的状态），锥

体质心受到的沿轨道

平面斜向上的力的大

小。

3，若放置锥体于轨道上，略有倾斜（其轴线不垂直于两轨道的角平分线）时，研究锥体的运动，并通过实验检验自己的结论。

实验质心运动演示

演示目的演示质心运动定理

实验原理质点组的运动可分解为以质心为代表的质点组的整体的平动和各

质点相对于质心的运动。质心的平动遵从质心定理，及作用在质点组的合外力等于质点组质量与质心加速度的乘积。本仪器使用的是木制哑铃。演示刚体在外力作用下，当外力矩为零时，刚体仅作平动；当外力矩不为零时，刚体既有平动又有转动；而当作用的外力相同并初始条件相同时，刚体质心的运动情况相同。

操作说明1.将打击棒压下，用卡扣卡住。把哑铃放在支架上，使哑铃的质

心标记正对打击棒的上方。释放卡扣，棒打击在哑铃的质心，打击力竖直过质心向上，这时作用在哑铃上的外力对质心的力矩为零，哑铃仅作平动，哑铃的连接横杆在竖直方向上水平地起

落，即哑铃作竖直上抛运动，

质心运动轨迹在竖直线上。

2.再将打击棒压下，用卡扣卡

住。把哑铃放在支架上，使哑

铃的质心标记偏离打击棒。释

放卡扣，打击力竖直向上而不

通过质心，这时作用在哑铃上

的外力对质心的力矩不为零，

哑铃既有平动又有转动，哑铃的连接横杆在空中旋转，即哑铃除作竖直上抛运动外，还有绕质心的转动，质心运动轨迹仍在竖直线上。说明两种情况下质心的运动相同。

注意事项：

打击力必须是强而短促的冲击力。否则，当打击力不通过质心、打击力又不够大时，则打击过程较为缓慢，结果哑铃的一端先被抬起，在打击力和支架另一端的作用力作用下，哑铃将抛向一侧，而不是竖直向上运动。

实验拓展应用：注意质心走过的轨迹以及比较不同打击情况下，质心到达的

最高点。若打击在质心处，哑铃质心到达的高度最高，哑铃只有平动。没有转动，平动动能与重力势能相互转化；若打击在非质心位置上，哑铃既有平动又有转动，运动过程中转动动能不变，平动动能与重力势能相互转化，哑铃上升高度较低。

实验七联球碰撞实验

演示目的

１．演示五个等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解

２．可演示弹性碰撞时能量的最大传递。

３．可使学生对弹性碰撞过程中的动量能量变化过程有更清晰的理解。

实验原理

由动量守恒和能量守恒原理，两个等质量球弹性正碰时，它们将交换速度。七联球装置使人们自由组合联球个数，进行实验。

操作说明

将仪器放置在水平桌上，拉动左侧一个球使其偏离竖直方向一定角度，松手令它与余球碰撞，观察碰

撞过程。仿上述过程，

一次拉动两球、三球、

多球，令它们与余球碰

撞，观察碰撞过程。手

拿右（或左）n个球使

偏开平衡位置，突然放

手，使其与余球碰撞，

观察其它球跳起的情

况，并进行分析。

注意事项：

1. 不要用力拉球，以

免悬线断开。

2. 搬动仪器轻拿轻

放，以免悬线震断。