遥控式角动量守恒演示仪

1、遥控式角动量守恒演示仪物理学是一门实验的科学，在物理学习中应把知识学习和实验实践结合起来，这对学生准确地理解应用知识有很大的帮助。动量守恒定律、角动量守恒定律和机械能守恒定律是基础物理中的三大守恒定律，动量守恒定律和机械能守恒定律在高中物理中已有涉及，角动量守恒定律是大学物理中才开始学习的新概念，学生接受起来比较困难，更需要通过课堂演示实验增强学习兴趣，降低学习难度，提高学习效果。目前已有的角动量守恒演示仪，有的过于笨重，教师带上课堂比较麻烦;有的方便携带，但由于系统摩擦比较大，导致演示效果不明显;还有完全是手动的，演示的时候很不方便。鉴于以上情况，在西南石油大学开放实验项目的资助下，团队教师

2、和学生动脑动手设计制作了遥控式角动量守恒演示仪。一、装置结构与制作<E:ZCMR理论版7上TPtl.tif>注：1.支架，2.底座，3.支持轴承，4.固定孔，5.上转轴，6.下转轴，7.安装盒，8.右横圆筒，9.左横圆筒，10.固定螺钉，11.不锈钢小球，12.拉线，13.手旋螺钉图1遥控式角动量守恒演示仪结构图遥控式角动量守恒演示仪，主要由遥控器、底座支架和转动部分组成。支架由活动连接的三块板构成，并可用手旋螺钉固定在底座上;底座上安装支撑轴承，竖直上方的支架上打了固定孔。转动部分中央的安装盒下方圆筒中用螺钉固定下转轴的一端，下转轴的另一端放在支撑轴承上。安装盒上

3、方圆筒中用螺钉固定上转轴的一端，上转轴的另一端穿过架上的固定孔。在安装盒的左边圆筒中用螺钉固定左横圆筒，在安装盒的右边圆筒中，用螺钉固定右横圆筒，左右横圆筒中各放置一个不锈钢小球，顶端各安装1个固定螺钉，以防止小球滑出圆筒。一根棉线两端连着两个不锈钢小球上的拉环，中点固定在安装盒内的绕线器上。绕线器轴的一端穿过安装盒上的固定孔，另一端通过套筒套在安装盒内的减速电机轴的转轴上。减速电机的电源输入端与安装盒内的tk01型遥控电路板的电源输出端相连，遥控电路板用安装盒内的6v干电池供电。二、演示原理与方法演示仪可转动部分在自由转动过程中，所受的合外力矩对转轴的分量为零，对转轴角动量守恒，即Mz=0则

4、Lz=恒量。再根据角动量的定义和转动惯量与质量分布的关系，当演示仪自由转动时：Lz=Ja=(J0+2md23=恒量。用手推动横圆筒自由旋转，然后用遥控器控制遥控电路板给电机供电，电机转动，带动绕线器缠绕拉线，拉动不锈钢小球靠近转轴，小球到转轴距离d减小，两小球转动惯量2md2减小，整个转动部分的转动惯量J减小，导致转动速度3会增加；当用遥控器控制遥控电路板给电机反向供电，电机反向旋转，带动绕线器释放拉线，不锈钢小球可以在重力的下滑分力和惯性离心力的作用下，克服摩擦力，远离转轴，转动部分的转动惯量增加，导致转动速度3会减小。用遥控器控制遥控电路板给电机停止供电，电机停止转动，小球到转轴距离d不变，转速应该保持不变。三、结束语支撑轴承和固定孔处的摩擦力矩以及转动中的空气阻力矩是导致转动部分角动量减小的主要原因。通过添加润滑油和控制转动部分的转动速度不要太快，可以很好地解决这两个问题。两个横圆筒要与水平方向向下夹角为5Q如果没有这个倾角，就没有下滑分力，当转动部分转速较小的时候，惯性离心力可能会小于小球受到的摩擦力，而导致小球无法向远离转轴的方向运动，从导致演示失败。转动部分在一次旋转中，不锈钢小球可以来回运动很多次，转速可以经历多次的快慢变化，大大延长了演示的时间。仪器大部分使用用透明有机玻璃制成，可以清楚看到仪器的运行，实验效果更明显。转动部