大学物理演示实验小论文

力学部分

1. 滚摆

一、演示目的

1. 通过滚摆的滚动演示机械能守恒；

2. 演示滚摆的平动、转动动能之和与重力势能之间的转换。

二、原理

重力作用下滚摆的运动是质心的平动与绕质心的转动的叠加，其动力学过程的计算可用质心运动定理和质心角动量定理。滚摆的受力如图1所示，其动力学

方程组如下：

解得

滚摆从静止开始下落，下落高度为h.

质心平动动能为：

绕质心转动动能为：

总动能为：

由此可知，重力势能变成了质心的平动动能与绕质心的转动动能，总机械能守恒。

三、装置

滚摆

四、现象演示

1 调节悬线，使滚摆轴保持水平，然后转动滚摆的轴，使悬线均匀绕在轴上（绕线不能重叠）。当滚摆到达一定高度，使轮在挂线悬点的正下方，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。轮下降到最低点时，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。如此可多次重复直至停止。

五、讨论与思考：

1 分析滚摆下落速度(平动)与位置高度的关系；

2 分析滚摆上下平动的周期与轴径的关系；

3 分析滚摆上下平动的周期与滚摆质量的关系；

4 分析滚摆上下平动的周期与滚摆转动惯量的关系。

2. 茹科夫斯基椅

一、演示目的

定性观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒。

二、原理

质点系绕定轴转动时，若其所受到的合外力矩为零，则质点系的角动量守恒，L＝Jw＝恒量。因为内力矩不会影响质点系的角动量，若质点系在内力的作用下，

质量分布发生变化，从而使绕定轴转动的转动惯量改变，则它的角速度将发生相应的改变以保持总角动量守恒。本实验的对象是手持哑铃坐在轮椅上的操作者，若哑铃位置改变，则操作者及轮椅系统的转动惯量改变，从而系统角速度随之改变。

三、装置

茹科夫斯基椅

四、现象演示

1 操作者坐在可绕竖直轴自由旋转的椅子上，手握哑铃，两臂平伸。

2 其他人推动转椅使转椅转动起来，然后操作者收缩双臂，可看到操作者和椅的转速显著加大。两臂再度平伸，转速复又减慢。可多次重复，直至停止。

五、讨论与思考：

1 操作者手持哑铃坐在转椅上伸缩手臂，可使转速随之而改变；花样滑冰转体动作随肢体的伸缩也在改变转速，试问这两种情况地面的支持力分别起什么作用？跳水运动员或体操运动员在空中改变形体是否可以使身体停止转动？

2 在本实验中，坐在转椅上的操作者，哑铃和转椅所构成系统的总动能是否发生变化？

3. 进动

一、演示目的

演示旋转刚体(车轮)在外力矩作用下的进动。

二、原理

若一个物理矢量的变化率矢量总是垂直于该物理矢量且其大

小保持不变时，则此物理矢量将总是改变方向而不改变大小，也

就是说它将做进动。若G矢量为常矢量，则形如的方程称为进动方程。