TWP-W210型 錐體上滾演示實(shí)驗(yàn)儀

本儀器通過(guò)觀察與思考雙錐體沿斜面軌道上滾現(xiàn)象，使學(xué)生加深了解在重力場(chǎng)中物體總是以降低重心，趨于穩(wěn)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。也說(shuō)明物體具有從勢(shì)能高的位置向勢(shì)能低的位置運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，同時(shí)說(shuō)明物體勢(shì)能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)換。

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1. 通過(guò)觀察與思考雙錐體沿傾斜軌道上滾的現(xiàn)象,使學(xué)生加深了解重力場(chǎng)中物體總是以降低重心、趨于穩(wěn)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

2. 說(shuō)明物體具有從勢(shì)能高的位置向勢(shì)能低的位置運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，同時(shí)說(shuō)明物體勢(shì)能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)換。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

儀器由不銹鋼導(dǎo)軌、可調(diào)支座、優(yōu)質(zhì)碳鋼制作的雙錐體及底板（防火板）組成。

【實(shí)驗(yàn)原理】

   本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是剛體在重力場(chǎng)中的平衡問(wèn)題，而自由運(yùn)動(dòng)的物體在重力的作用下總是平衡在重力勢(shì)能最小的位置。如果物體不是處于重力場(chǎng)中勢(shì)能最小值狀態(tài)，重力的作用總是使它往勢(shì)能減小的方向運(yùn)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)演示錐體在斜雙杠上自由滾動(dòng)的現(xiàn)象，巧妙地利用錐體的形狀，將支撐點(diǎn)在錐體軸線方向上的移動(dòng)（橫向）對(duì)錐體質(zhì)心的影響同斜雙杠的傾斜（縱向）對(duì)錐體質(zhì)心的影響結(jié)合起來(lái)，當(dāng)橫向作用占主導(dǎo)時(shí)，甚至表現(xiàn)為出人意料的縱向反常運(yùn)動(dòng)，即錐體會(huì)自動(dòng)滾向斜雙杠較高的一端。

   首先看隨遇平衡（錐體質(zhì)心保持水平）時(shí)錐體的位置。AA'端較高，但AA'處兩橫桿向外側(cè)傾斜，較高的支撐有使錐體質(zhì)心上移的趨勢(shì)，而支撐點(diǎn)較寬又使錐體因其中間粗兩端細(xì)而使質(zhì)心有向下移動(dòng)的趨勢(shì)，兩種趨勢(shì)互相抵消可使錐體在圖（a）所示任何位置都處于平衡狀態(tài)。如果此時(shí)使AA'稍變寬或使BB'稍變窄，會(huì)使錐體在AA'端比BB'端時(shí)質(zhì)心位置更低，它將總往AA'端（高端）滾動(dòng)。從B端向A端看。

AA'端處于高寬端，BB'端處于低窄端，若支撐點(diǎn)與錐面切位置，則當(dāng)錐體滾動(dòng)時(shí)，質(zhì)心在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，錐體處于隨遇平衡狀態(tài)。設(shè)BB'端固定，AA'端寬度一定，只調(diào)節(jié)其高度，則AA'端下降，將會(huì)出現(xiàn)由隨遇平衡狀態(tài)上滾的現(xiàn)象。AA'端至多下降到CC'即BB'端所在水平面上，不過(guò)此時(shí)滾動(dòng)雖明顯，但“往上”不明顯。故本實(shí)驗(yàn)裝置高低寬窄布局要適度，使AA'端比隨遇平衡位置略低，錐體能自動(dòng)滾動(dòng)即可。