1、遙控式角動(dòng)量守恒演示儀物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，在物理學(xué)習(xí)中應(yīng)把知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，這對(duì)學(xué)生準(zhǔn)確地理解應(yīng)用知識(shí)有很大的幫助。動(dòng)量守恒定律、角動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律是基礎(chǔ)物理中的三大守恒定律，動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律在高中物理中已有涉及，角動(dòng)量守恒定律是大學(xué)物理中才開始學(xué)習(xí)的新概念，學(xué)生接受起來(lái)比較困難，更需要通過(guò)課堂演示實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)效果。目前已有的角動(dòng)量守恒演示儀，有的過(guò)于笨重，教師帶上課堂比較麻煩;有的方便攜帶，但由于系統(tǒng)摩擦比較大，導(dǎo)致演示效果不明顯;還有完全是手動(dòng)的，演示的時(shí)候很不方便。鑒于以上情況，在西南石油大學(xué)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的資助下，團(tuán)隊(duì)教師

2、和學(xué)生動(dòng)腦動(dòng)手設(shè)計(jì)制作了遙控式角動(dòng)量守恒演示儀。一、裝置結(jié)構(gòu)與制作<E:ZCMR理論版7上TPtl.tif>注：1.支架，2.底座，3.支持軸承，4.固定孔，5.上轉(zhuǎn)軸，6.下轉(zhuǎn)軸，7.安裝盒，8.右橫圓筒，9.左橫圓筒，10.固定螺釘，11.不銹鋼小球，12.拉線，13.手旋螺釘圖1遙控式角動(dòng)量守恒演示儀結(jié)構(gòu)圖遙控式角動(dòng)量守恒演示儀，主要由遙控器、底座支架和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。支架由活動(dòng)連接的三塊板構(gòu)成，并可用手旋螺釘固定在底座上;底座上安裝支撐軸承，豎直上方的支架上打了固定孔。轉(zhuǎn)動(dòng)部分中央的安裝盒下方圓筒中用螺釘固定下轉(zhuǎn)軸的一端，下轉(zhuǎn)軸的另一端放在支撐軸承上。安裝盒上

3、方圓筒中用螺釘固定上轉(zhuǎn)軸的一端，上轉(zhuǎn)軸的另一端穿過(guò)架上的固定孔。在安裝盒的左邊圓筒中用螺釘固定左橫圓筒，在安裝盒的右邊圓筒中，用螺釘固定右橫圓筒，左右橫圓筒中各放置一個(gè)不銹鋼小球，頂端各安裝1個(gè)固定螺釘，以防止小球滑出圓筒。一根棉線兩端連著兩個(gè)不銹鋼小球上的拉環(huán)，中點(diǎn)固定在安裝盒內(nèi)的繞線器上。繞線器軸的一端穿過(guò)安裝盒上的固定孔，另一端通過(guò)套筒套在安裝盒內(nèi)的減速電機(jī)軸的轉(zhuǎn)軸上。減速電機(jī)的電源輸入端與安裝盒內(nèi)的tk01型遙控電路板的電源輸出端相連，遙控電路板用安裝盒內(nèi)的6v干電池供電。二、演示原理與方法演示儀可轉(zhuǎn)動(dòng)部分在自由轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，所受的合外力矩對(duì)轉(zhuǎn)軸的分量為零，對(duì)轉(zhuǎn)軸角動(dòng)量守恒，即Mz=0則

4、Lz=恒量。再根據(jù)角動(dòng)量的定義和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量分布的關(guān)系，當(dāng)演示儀自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：Lz=Ja=(J0+2md23=恒量。用手推動(dòng)橫圓筒自由旋轉(zhuǎn)，然后用遙控器控制遙控電路板給電機(jī)供電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繞線器纏繞拉線，拉動(dòng)不銹鋼小球靠近轉(zhuǎn)軸，小球到轉(zhuǎn)軸距離d減小，兩小球轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2md2減小，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)速度3會(huì)增加；當(dāng)用遙控器控制遙控電路板給電機(jī)反向供電，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)繞線器釋放拉線，不銹鋼小球可以在重力的下滑分力和慣性離心力的作用下，克服摩擦力，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)速度3會(huì)減小。用遙控器控制遙控電路板給電機(jī)停止供電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，小球到轉(zhuǎn)軸距離d不變，轉(zhuǎn)速應(yīng)該保持不變。三、結(jié)束語(yǔ)支撐軸承和固定孔處的摩擦力矩以及轉(zhuǎn)動(dòng)中的空氣阻力矩是導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部分角動(dòng)量減小的主要原因。通過(guò)添加潤(rùn)滑油和控制轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不要太快，可以很好地解決這兩個(gè)問(wèn)題。兩個(gè)橫圓筒要與水平方向向下夾角為5Q如果沒(méi)有這個(gè)傾角，就沒(méi)有下滑分力，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)速較小的時(shí)候，慣性離心力可能會(huì)小于小球受到的摩擦力，而導(dǎo)致小球無(wú)法向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向運(yùn)動(dòng)，從導(dǎo)致演示失敗。轉(zhuǎn)動(dòng)部分在一次旋轉(zhuǎn)中，不銹鋼小球可以來(lái)回運(yùn)動(dòng)很多次，轉(zhuǎn)速可以經(jīng)歷多次的快慢變化，大大延長(zhǎng)了演示的時(shí)間。儀器大部分使用用透明有機(jī)玻璃制成，可以清楚看到儀器的運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)效果更明顯。轉(zhuǎn)動(dòng)部