TWP-W210型 錐體上滾演示實驗儀

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

【實驗目的】

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

2. 說明物體具有從勢能高的位置向勢能低的位置運動的趨勢，同時說明物體勢能和動能的相互轉(zhuǎn)換。

【實驗儀器】

儀器由不銹鋼導軌、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。

【實驗原理】

   本實驗的關鍵是剛體在重力場中的平衡問題，而自由運動的物體在重力的作用下總是平衡在重力勢能最小的位置。如果物體不是處于重力場中勢能最小值狀態(tài)，重力的作用總是使它往勢能減小的方向運動。本實驗演示錐體在斜雙杠上自由滾動的現(xiàn)象，巧妙地利用錐體的形狀，將支撐點在錐體軸線方向上的移動（橫向）對錐體質(zhì)心的影響同斜雙杠的傾斜（縱向）對錐體質(zhì)心的影響結合起來，當橫向作用占主導時，甚至表現(xiàn)為出人意料的縱向反常運動，即錐體會自動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）時錐體的位置。AA'端較高，但AA'處兩橫桿向外側傾斜，較高的支撐有使錐體質(zhì)心上移的趨勢，而支撐點較寬又使錐體因其中間粗兩端細而使質(zhì)心有向下移動的趨勢，兩種趨勢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)。如果此時使AA'稍變寬或使BB'稍變窄，會使錐體在AA'端比BB'端時質(zhì)心位置更低，它將總往AA'端（高端）滾動。從B端向A端看。

AA'端處于高寬端，BB'端處于低窄端，若支撐點與錐面切位置，則當錐體滾動時，質(zhì)心在水平面內(nèi)運動，錐體處于隨遇平衡狀態(tài)。設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，不過此時滾動雖明顯，但“往上”不明顯。故本實驗裝置高低寬窄布局要適度，使AA'端比隨遇平衡位置略低，錐體能自動滾動即可。