12101018-谭思阳-物理演示实验-茹科夫斯基转椅演示角动量守恒
茹科夫斯基转椅演示角动量守恒
【实验目的】：
定性观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒；
角动量守恒的物体系统的转动惯量变大时，角速度会变小，反之亦然。
【实验原理】：
绕定轴转动的刚体，当对转轴的合外力矩为零时，刚体对转轴的角动量守恒，即Jw=恒量。
刚体的转动惯量J一般为常量，Jw不变导致w 不变，即刚体在不受合外力矩时将维持匀角速转动．但若转动物体是一种可变形固体，并改变它对转轴的转动惯量，则物体的角速度就会产生相应的变化：当J增大时w就减小，J减小时w就增大，从而保持乘积Jw 不变。
茹可夫斯基凳实验中，因为人的双臂并不产生对转轴的外力矩，忽略转轴的摩擦，系统的角动量应保持守恒，人和凳的转速随着人手臂的伸缩而改变。
【实验步骤】：
1.操作者坐在凳上系好安全带，手持哑铃，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
【实验现象】
可看到在收缩手臂时操作者和凳的转速显著增大，两臂再度平伸，转速又减慢。
【实验感想】：
通过茹科夫斯基转椅我们可以定性的观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒；而角动量守恒在20世纪已成为继动量和能量之外的力学中的重要概念之一。
角动量守恒定律在经典物理学、运动生物学、航空航天技术等领域中的应用非常广泛。
通过角动量守恒，我们能够解决很多问题，比如行星围绕恒星的转速问题，比如质点或质点系绕某一定点或轴线运动的情况，再比如日常生活中更常见的走路甩手问题，也是由于身体为了保持角动量守恒导致的。
角动量守恒课件
N
f
v
1 1 mv 2 k 2 R(1 COS ) 2 2 4 4 gR s i n2 kR2 (1 cos ) 2 m
2
an
mg
（2）分析B处受力：
f kl 2 R(1 cos )
v2 N f mg m R
2R h
v2 2 2 2 2 a a a a R 24 m / s an 1.08m / s n t t R ds v 2 ( 20 10t ) 2 20 10t an 2、 v R 20 dt dv 2 at 10m / s 2 当t 2s, an 80m / s dt
T m1a
m2
T m2 g m2 (
g a) 3
am1 对地 8.7i 3.3 j (m / s 2 ) am2 对 地 5.4 j ( m / s 2 )
力学（四）功与能 一、1 C 2 C 二、 1、a/2 c -(c+a/2）
y
A1
0
1 0 f1 dr f1 x dx f1 y dy
M H ( )2 h Mm
一、1A 2B 3A
二、 1、守恒
力学（七）角动量守恒、综合练习
L2 2mR 2
不守恒
3. 6.4 103 m / s
5. 2 glM m M
2
L2 L2 2, , , 2 2 2mR mR 2 2 m v 4. 2( M m )
三、 1
mv0 ( M m)v1
一、1E 2D 二、1、2m/s 5m/s 0 2、 x
力学（一）质点运动的描述
10个物理演示实验的基础原理及现象
1.5 竞速轨道（1）实验目的探究物体运动时速度、时间与路程之间的关系。
实验装置实验原理如果两个物体运动的位移相等，但其中一个物体是匀速直线运动，而另一个物体运动过程中有加速也有减速，它们的路程与速度不同，它们运动的时间不同。
操作与现象同时释放两个实心钢球通过同样高度、同样斜率的斜面滚到A、B两条轨道上，其中A 轨道是平直的，B轨道先是平直的，然后凹陷下去，再平直一段距离，接着有爬升上来与A 轨道同一高度，观察两个球到达轨道末端的时间，B轨道钢球先到达轨道末端。
注意事项两球要同时从起点处下落；实验完毕及时将小球收到网袋里。
思考题1、如果凹陷的部分没有平直的一段距离，两球会同时到达终点吗？2、钢球的轻重对实验结果有影响吗？1.6 竞速轨道（2）实验目的探究物体运动快慢的几个因素。
实验装置见仪器照片1.1实验原理两个球如果在斜率相同但空隙不一样的轨道上运动，每个球受到向下运动的合外力大小不同。
虽然两球初始速度相同，当末速度不同。
操作与现象把两个篮球放在两条斜率相等的轨道上，其中A轨道较宽，B轨道较窄。
两个球同时滚下，B轨道的球最先到达终点。
注意事项放置球时，不要用力过猛。
思考题为什么轨道较窄的球会最先到达终点？两个球滚下来快慢的决定因素是什么？1.10 超级碰撞球实验目的1．进一步理解动量守恒原理以及能量守恒原理。
2．观察物体弹性碰撞与非弹性碰撞时力的作用以及能量的转换。
实验装置实验原理当质点系所受外力矢量和为零时，质点系的总动量不随时间变化，这个结论称之为动量守恒定律。
两个高弹性球质量不等，发生弹性对心相向碰撞时，根据动量能量守恒定律，质量较小球返回速率将较大球静止时大的多。
大球和小球的初动能都变成了小球返回的动能，其返回速度会很大。
多球连续正碰时，效果将更加明显。
操作与现象1．两个一大一小的弹性球穿在一根钢丝上，上面的是小球，下面的球最大。
2．释放下面的大球，使其自由下落，可以看到大球弹起的高度远远低于释放它的高度。
《角动量守恒定律》课件
05
角动量守恒定律的拓展学习
与角动量相关的其他定律
角动量定理
描述角动量随时间变化的 规律，即角动量定理。
拉格朗日定理
与角动量守恒定律相关的 另一个重要定理，它描述 了系统在保守力作用下的 运动规律。
公式
L=r×p，其中L表示角动量，r表 示位置矢量，p表示动量。
Байду номын сангаас
角动量守恒的条件
无外力矩作用
系统内力的力矩相互抵消，或者系统受到的外力矩为零。
孤立系统
系统与外界没有能量交换或相互作用，即系统处于孤立状态 。
角动量守恒定律的应用场景
01
02
03
天体运动
行星绕太阳的旋转运动、 卫星绕地球的运动等都遵 循角动量守恒定律。
哈密顿原理
一个描述系统在保守力作 用下最短路径的原理，与 角动量守恒定律有密切联 系。
角动量守恒定律的深入学习资源
《经典力学》教材
深入探讨角动量守恒定律的理论 基础和应用，包括数学推导和实
例分析。
网络公开课
一些在线教育平台提供关于角动量 守恒定律的深入学习课程，可以作 为辅助学习资料。
学术论文
查阅相关学术论文，了解角动量守 恒定律在前沿科学研究中的应用和 最新研究成果。
们更好地设计和控制卫星轨道。
分子运动实例
总结词
分子转动是微观领域中角动量守恒的实例，对于理解化学反应机理和分子结构具有重要意义。
详细描述
分子转动是指分子中的原子或基团绕分子轴线的旋转运动。在分子转动过程中，分子的角动量是守恒的。这是因 为分子内部没有摩擦力矩，从而保证了角动量的守恒。了解和利用角动量守恒定律，可以帮助我们更好地理解和 预测化学反应机理和分子结构。
角动量及其守恒ppt课件.ppt
解 两个圆柱体并不是绕同一固定轴
在转动,虽然外力矩为零,但角动
量不守恒,用角动量定理
t
0 R1 fdt J1( 1 1 )
J1
1 2
M 1 R12
t
0 R2 fdt J 2( 2 2 )
J2
1 2
M 2 R22
最后两个圆柱体接触点的线速度相等 1R1 2 R2
1
M1R11 M 2 R2 2
与杆碰前速度
h
h
v0 2gh0
v0 2gh0
2）摆与杆弹性碰撞（摆，杆）
c
角动量守恒 mlv0 J mlv
m
l
动能不变
1 2
mv02
1 2
mv2
1 2
J 2
h
h
v
1 2
v0
3v0
2l
3）碰后杆上摆，机械能守恒（杆，地球）
1 2
J 2
mghc
h
2hc
3 2
h0
1. 质点角动量
质点在垂直于 z 轴平面上
以角速度 作半径为 的r
z
圆运动.
or
mv
➢ 质 点角动量（相对圆心） 90
A
L r p r mv
大小 L rmvsin
z L mv
L rmv mr 2 （圆运动）
L 的方向符合右手法则
r
2. 刚体定轴转动的角动量
L mirivi ( miri2 )
(A) 只有（2）是正确的;
(B)（1）、（2）是正确的;
(C)（2）、（3）是正确的;
(D)（1）、（2）、（3）都是正确的.
练习
人造地球卫星, 绕地球作椭圆轨道运动, 地球 在椭圆的一个焦点上, 则卫星的：
深圳大学-角动量守恒定律实验报告
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（三）
实验名称：验证角动量守恒定律及误差分析
学院：物理科学与技术学院
组号25 指导教师：
报告人：学号：
实验地点科技楼B109 实验时间：2014.06.03
实验报告提交时间：
2.1.3、在空载情况下，承物台在质量不同的砝码作用下的角速度图像如图3：
2.1.4、经修正过后的角加速度的真实值如下表一所示：
表一：不同情况下的角加速度β
砝码m(g) g(m/s 2) 滑轮r(mm) mgr(kg*m 2/s 2) 负载
β1(kg/m2) 空载
β2(kg/m2) 40 9.8 14.5 0.005684 0.2598 0.4265 50 9.8 14.5 0.007105 0.3420 0.5558 60 9.8 14.5 0.008526 0.4265 0.6827 图2 负载时不同砝码质量下角速度
图3 空载时不同砝码质量下角速度
从图6中可以整理出如表二所示的数据：
表二：合外力矩为零，将圆环落在转动的盘上的角速度变化情况
序号 1 2 3 4 5
空载转动惯量J
=0.0109kg
·m2角速度ω
（rad/s)
27.58 27.14 26.1 25.42 24.82
角速度ω
1
（rad/s)
18.06 17.68 16.89 16.56 16.07
图6 角速度变化情况。
合工大物理演示实验报告角动量
班机：交通工程日期：实验项目：实验地点：合肥工业大学实验室椎体上滚实验一、实验目地：．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚地现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定地运动规律.．说明物体具有从势能高地位置向势能低地位置运动地趋势，同时说明物体势能和动能地相互转换. 文档收集自网络，仅用于个人学习二、实验仪器：锥体上滚演示仪注意事项：．不要将锥体搬离轨道.．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏.实验原理：能量最低原理指出：物体或系统地能量总是自然趋向最低状态.本实验中在低端地两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了.实验现象仍然符合能量最低原理. 文档收集自网络，仅用于个人学习五、实验步骤：．将双锥体置于导轨地高端，双锥体并不下滚；．将双锥体置于导轨地低端，松手后双锥体向高端滚去；．重复第步操作，仔细观察双锥体上滚地情况. 文档收集自网络，仅用于个人学习六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：弦线驻波实验一、实验目地：二、实验仪器：三、注意事项：四、实验原理：五、实验步骤：六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：验证角动量守恒实验一、实验目地：定性观察合外力矩为零地条件下，物体地角动量守恒二、实验仪器：角动量守恒演示仪三、注意事项：起始速度不可太快，避免人收缩两臂时脱离椅子发生危险四、实验原理：绕固定轴转动地物体地角动量等于其转动惯量与角速度地乘积，而外力矩等于零时，角动量守恒五、实验步骤：演示者坐在可绕竖直轴自由旋转地椅子上(不要用竖直轴上有螺旋地转椅，以免急速旋转后椅座脱落，发生危险.文档收集自网络，仅用于个人学习使转椅转动起来六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：质心运动实验一、实验目地：二、实验仪器：三、注意事项：四、实验原理：五、实验步骤：六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：麦克斯韦速率分布实验一、实验目地：模拟演示热学中气体分子地速率分布，即麦克斯韦速率分布.形象地演示出速率分布与温度地关系，说明速率分布概率归一化文档收集自网络，仅用于个人学习二、实验仪器：翻转式速率分布演示仪三、注意事项：翻转演示板时要小心，切忌太快四、实验原理：在气体内部，所有地分子都以不同地速率运动着，有地分子速率大，有地分子速率小；即使是对同一个分子，它地速度在频繁地碰撞下也是不断在变化地.所以，研究单个分子地速度究竟是多少是没有意义地.但是，麦克斯韦认为处于平衡态地气体分子地速率有一个确定地分布，未达到平衡地气体，它地分子速率偏离这个分布，而碰撞地结果就由偏离这个分布到达这个分布，年麦克斯韦用概率论地方法得到了平衡态气体分子速率分布律文档收集自网络，仅用于个人学习五、实验步骤： ．将仪器竖直放置在桌面或地面上，推动调温杆使活动漏斗地漏口对正温度地位置.．仪器底座不动，按着转向箭头地方向转动整个边框一周，当听到 “喀”地一声时恰好为竖直位置.．钢珠集中在贮存室里，由下方小口漏下，经缓流板慢慢地流到活动漏斗中，再由漏斗口漏下，形成不对称分布地落在下滑曲面上.从喷口水平喷出、位于高处地钢珠滑下后水平速率大，低处地滑下后水平速率小，而速率大地落在远处地隔槽；速率小地落在近处地隔槽，当钢珠全部落下后，便形成对应温度地速率分布曲线，即曲线.文档收集自网络，仅用于个人学习．拉动调温杆，使活动漏斗地漏口对应（高温）地位置.．再次按箭头方向翻转演示板º，钢珠重新落下，当全部落完时，形成对应地分布曲线. 六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：.将两次分布曲线在仪器上绘出标记，比较和地分布，可以看到温度高时曲线平坦，最概然速率变大..利用和两条分布曲线所包围地面积相等可以说明速率分布概率归一化.1T 1T v v f )(2T 2T 1T 2T 1T 2T八、问题讨论：表面张力实验一、实验目地：二、实验仪器：三、注意事项：四、实验原理：五、实验步骤：六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：普氏摆实验一、实验目地：二、实验仪器：三、注意事项：四、实验原理：五、实验步骤：六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：鱼洗实验一、实验目地：演示共振现象二、实验仪器：鱼洗盆三、注意事项：四、实验原理：用手摩擦“洗耳”时，“鱼洗”会随着摩擦地频率产生振动.当摩擦力引起地振动频率和“鱼洗”壁振动地固有频率相等或接近时，“鱼洗”壁产生共振，振动幅度急剧增大.但由于“鱼洗”盆底地限制，使它所产生地波动不能向外传播，于是在“鱼洗”壁上入射波与反射波相互叠加而形成驻波.驻波中振幅最大地点称波腹，最小地点称波节.用手摩擦一个圆盆形地物体，最容易产生一个数值较低地共振频率，也就是由四个波腹和四个波节组成地振动形态，“鱼洗壁”上振幅最大处会立即激荡水面，将附近地水激出而形成水花.当四个波腹同时作用时，就会出现水花四溅.有意识地在“鱼洗壁”上地四个振幅最大处铸上四条鱼，水花就像从鱼口里喷出地一样. 文档收集自网络，仅用于个人学习五、实验步骤和现象：实验时，把“鱼洗”盆中放入适量水，将双手用肥皂洗干净，然后用双手去摩擦“鱼洗”耳地顶部.随着双手同步地同步摩擦时，“鱼洗”盆会发出悦耳地蜂呜声，水珠从个部位喷出，当声音大到一定程度时，就会有水花四溅.继续用手摩擦“鱼洗”耳，就会使水花喷溅得很高，就象鱼喷水一样有趣. 文档收集自网络，仅用于个人学习六、原始数据记录：七、数据处理及结果分析：八、问题讨论：。
昆明理工大学大一上物理演示实验
昆明理工大学物理演示实验课后作业及内容1、陀螺仪的重要特性是什么？有什么实际应用？答案：陀螺仪是利用陀螺旋转轴稳定性原理设计的精密仪器。
陀螺指向的方向，不受陀螺仪的姿态变化而改变，可以用于飞机、轮船导航，隧道施工的定向等。
2、茹科夫斯基转椅的转动惯量改变时你有什么感觉？为什么？答案：当转动惯量减小时，我感觉转速增大{即角速度增大}。
这是因为我坐在上面时外力矩为零，此时角动量守恒，根据角动量等于转动惯量与角速度的乘积，当转动惯量减少时，角速度增大。
3、车轮式回转仪的进动现象是怎样产生的？答案：当车轮式回转仪的轮子绕自转轴一角速度W高速旋转时，其角动量L=JW。
若支点不在系统重心，系统将受到中立M=r*mg的作用，由角动量定理M=Dl/Dt 知，车轮自转轴将绕竖直轴发生进动，其进动角速度=mgr/j。
方向由L,M的方向决定。
4、结合伯努利方程，画图说明弧线球产生的原因。
答案：先将足球分成四个等分，分别命名为右前部、左前部、右后部、左后部。
看下图。
球在前进的时候，是要受到空气的阻力的，这个阻力，我用F1、F2来表示，阻力的大小跟球相对于空气的运动速度V成正比，V越大，阻力越大。
另外还有一点大家要明白：当球向前飞出时，只有球的右前部和左前部是受到空气的阻力的，右后部和左后部是没有空气阻力的接下来，我们来看第一种情况，球没有任何旋转，沿直线前进，在这种情况下，球的左前部和右前部相对于空气运动的速度V都是一样的，所以产生的空气阻力F1和F2也是一样的，这两个阻力会产生一个向后的合力（图中红色箭头表示合力），这个合力将会使球慢慢停下来，在这种情况下，球将会沿一条完全笔直的直线前进，没有任何弧线。
如下图所示；接下来看第二种情况，球在向前运动的同时，还在逆时针高速旋转，这种情况下受力就不同了。
大家可以想像一下，静止不动的球在旋转的时候，球的表面会因为旋转而产生另一个相对于空气的速度，我们将其命名为V2，如果球还在向前运动，那么此时足球表面某个点的运动速度就是球的速度V跟旋转产生的速度V2这两个速度的合成，注意：问题的关键就在这里，球的右前部和左前部的速度是不一样的，当球逆时针旋转时，右前部的速度是V+V2，而左前部的速度却是V-V2，原因很简单，当球逆时针旋转时，球的右前部是迎着空气向前的，因而相当于是在原来的速度V的基础上增加了一个V2，而左前部而是顺着空气向后的，相当于是在原来的速度V的基础上减去了一个V2，所以此时右前部的速度比左前部大出了2倍的V2，又因为运动速度越大，空气阻力越大，所以在这种情况下，右前部产生的空气阻力F2要大于左前部产生的空气阻力F1（图中箭头线条越长表示力越大），这两个力合成的结果将产生一个向后的合力和一个向左的合力，向后的合力会使球停下来，而向左的合力会使球在向前飞出的同时不断向左偏移，于是，美丽的弧线球就产生了。
10个物理演示实验的原理及现象
竞速轨道（1）实验目的探究物体运动时速度、时间与路程之间的关系。
实验装置实验原理如果两个物体运动的位移相等，但其中一个物体是匀速直线运动，而另一个物体运动过程中有加速也有减速，它们的路程与速度不同，它们运动的时间不同。
操作与现象同时释放两个实心钢球通过同样高度、同样斜率的斜面滚到A、B两条轨道上，其中A 轨道是平直的，B轨道先是平直的，然后凹陷下去，再平直一段距离，接着有爬升上来与A 轨道同一高度，观察两个球到达轨道末端的时间，B轨道钢球先到达轨道末端。
注意事项两球要同时从起点处下落；实验完毕及时将小球收到网袋里。
思考题1、如果凹陷的部分没有平直的一段距离，两球会同时到达终点吗？2、钢球的轻重对实验结果有影响吗？竞速轨道（2）实验目的探究物体运动快慢的几个因素。
实验装置见仪器照片实验原理两个球如果在斜率相同但空隙不一样的轨道上运动，每个球受到向下运动的合外力大小不同。
虽然两球初始速度相同，当末速度不同。
操作与现象把两个篮球放在两条斜率相等的轨道上，其中A轨道较宽，B轨道较窄。
两个球同时滚下，B轨道的球最先到达终点。
注意事项放置球时，不要用力过猛。
思考题为什么轨道较窄的球会最先到达终点？两个球滚下来快慢的决定因素是什么？超级碰撞球实验目的1．进一步理解动量守恒原理以及能量守恒原理。
2．观察物体弹性碰撞与非弹性碰撞时力的作用以及能量的转换。
实验装置实验原理当质点系所受外力矢量和为零时，质点系的总动量不随时间变化，这个结论称之为动量守恒定律。
两个高弹性球质量不等，发生弹性对心相向碰撞时，根据动量能量守恒定律，质量较小球返回速率将较大球静止时大的多。
大球和小球的初动能都变成了小球返回的动能，其返回速度会很大。
多球连续正碰时，效果将更加明显。
操作与现象1．两个一大一小的弹性球穿在一根钢丝上，上面的是小球，下面的球最大。
2．释放下面的大球，使其自由下落，可以看到大球弹起的高度远远低于释放它的高度。
3．把两弹性球置于上次的高度，同时释放两球，小球弹起的高度高于释放它的高度，弹起的速度也高于下降到最低点时的速度。
自制角动量守恒演示仪
自制角动量守恒演示仪王佑坤【摘要】利用微型平面推力球轴承和简易的旋转装置,代替茹科夫斯基转椅,能方便地定性演示角动量守恒规律.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2011(031)010【总页数】3页(P33-35)【关键词】角动量;守恒;平面轴承【作者】王佑坤【作者单位】耒阳师范学校,湖南,耒阳,421800【正文语种】中文【中图分类】O313.21 引言角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在技术上也有着重要的应用.在大学普通物理教学中，借助于定性的演示实验，可以很好地帮助学生理解和掌握这个规律.传统的方法是使用茹科夫斯基转椅并配以2个哑铃和1个较为笨重的自行车车轮，由2人配合操作，才得以完成.由于系统受摩擦力影响较大，效果也不十分理想.笔者经多次探索和研究，利用微型平面推力球轴承和简易的旋转装置，可以较为方便地演示这个规律.2 装置的结构与制作图1是演示装置的实物图，它主要由悬挂于铁架台横梁上的吊挂和通过S形小钩与吊挂相连的旋转装置两部分组成.图1 演示装置实物图吊挂的作用：一是用于轴向承载；二是将转轴所受的滑动摩擦力矩转变为滚动摩擦力矩，从而大大减小耗散力的力矩对装置转动动能的耗损.制作吊挂所用的材料：家用自来水管的白色塑料封堵（市售产品的内径在13.6～14.2mm之间，外径约20mm），直径6mm长5cm的螺杆1个，外套外径比塑料封堵略小的F系列微型平面推力球轴承（此为吊挂的核心部件）1个，内径为8mm、外径为17.8mm的螺丝垫片1个，家用自来水软管上的紧固螺母1个（如图2上排所示）.制作吊挂的方法：先在塑料封堵的封闭端（该端为中空的四方或六方柱体）打一小孔，并用细铁丝通过该孔做一小环.在螺杆尾端钻1个2.5mm的小孔.按图2上排所示的顺序，先将螺杆的螺帽端插入塑料封堵之内，然后在螺杆上套上微型平面推力球轴承（笔者使用的是F6－14型号）和垫片，最后将紧固螺母旋紧在塑料封堵之上.这样吊挂装置就做好了（如图2下所示）.图2 制做吊挂的材料及实物图旋转装置是由2组通过2根交叉细线相连的橡皮塞构成，它是演示角动量守恆规律的主要部件.其制作方法如下.材料：直径2.26mm、长30cm的自行车车轮钢丝2根，8号橡皮塞4个，长4cm直径6mm的带螺母的螺杆5个，长约25cm的牢而柔软的尼龙细线（或棉线）2根，如图3所示.图3 制作旋转装置的材料加工：将上述2根钢丝的两端剪去，留下约20cm长度；在每个螺杆的两端用直径2.5mm的钻头各钻1个小孔；用木螺钉的引孔钻分别沿每个橡皮塞的轴线打1个小孔.安装：首先在5个螺杆上各旋入1个定位螺母.接着在上述两细线的每一端，分别通过螺杆尾端的小孔将线系在螺杆上.这样每根细线的一端均系有1个钻有2个小孔的螺杆.在剩下的螺杆靠近螺帽的小孔里穿入1根钢丝，在该钢丝的两端各穿入1个8号橡皮塞.另一根钢丝的两端也分别穿入剩下的2个8号橡皮塞.再将穿有橡皮塞的2根钢丝平行地置于桌面上，在其每一端分别通过螺杆上靠近螺帽端的小孔，用定位螺母固定1个螺杆.注意应使2根钢丝和5个螺杆位于同一平面内，且悬挂螺杆应固定于钢丝的中点.再找出2根细线的中点，用线将其中点系在一起，使其构成一个牢固的结点.在图1所示的装置中，只要做到在移动橡皮塞时，保持同一钢丝上的2个橡皮塞关于钢丝中点的对称性，则装置中的2根钢丝就会始终处于水平状态.用此装置就可方便地定性演示角动量守恒现象.3 使用方法1）演示由转动惯量相同的两部分组成的转动体，在内力矩作用下，分别以等大反向的角速度转动的现象.如图4（a）所示，先将2根钢丝上的橡皮塞调到相同的位置，接着用一只手抓住上面的那根钢丝，另一只手将下面那根钢丝朝顺时针（或逆时针）方向旋转，使连接2根钢丝的细线相互缠绕在一起，当2根细线相互缠绕的部分达3cm左右时，即可令下面的那根钢丝停止转动.在整个装置于竖直平面内相对静止的状态下释放，这时就可以看到：上面的钢丝连同橡皮塞顺时针（或逆时针）方向转动，下面的钢丝连同橡皮塞逆时针（或顺时针）转动.而且当2组橡皮塞的位置都靠近钢丝的两端时，2组橡皮塞都转得比较慢，在相同的时间内转动的圈数也基本相同.当2组橡皮塞都靠近转轴时，重复上述操作，学生看到的现象是：2组橡皮塞均以较快的速度朝相反方向转动，很容易得出转动惯量相同的2组橡皮塞，在内力矩作用下分别以等大的角速度朝相反方向转动的结论.图4 转动惯量相同时，两部分的角速度等大反向2）演示由转动惯量不同的两部分组成的转动体，在内力矩作用下，以大小不等方向相反的角速度转动的现象.演示前，将2根钢丝上的4个橡皮塞的位置调成图5所示的状态.上面一组橡皮塞远离转轴，转动惯量大些.下面一组橡皮塞靠近转轴，转动惯量小些.按上述相同的方法，使连接2组橡皮塞的细线缠绕在一起，由静止释放.这时可以看到：2组橡皮塞旋转方向相反.相同时间内转动惯量小的转的圈数多些.转动惯量大的转的圈数少些.将2组橡皮塞的位置互换，重复上述操作.仍能看到与上述相同的现象.学生很容易认识到：由转动惯量不同的两部分组成的转动体，在内力矩作用下转动时，转动的角速度方向相反，转动惯量大的部分角速度小，转动惯量小的部分角速度大.如图6所示.图5 上部分转动惯量大，下部分转动惯量小图6 上部分角速度小，下部分角速度大4 实验原理上述实验现象，反映了角动量守恒规律.因系统释放前静止，总角动量为零.释放后，在内力矩作用下转动，其角动量总和也应为零，即I1ω1＋I2ω2＝0.或I1ω1＝－I2ω2.可知当I1＝I2时，ω1＝－ω2，而且I小时ω大，I大时ω小；当I1＞I2（或I1＜I2）时，ω1＜－ω2（或ω1＞－ω2），式中的负号表示角速度的方向相反.上述装置较好地满足了角动量守恒的条件，即系统所受外力矩为零.系统所受外力为平面轴承竖直向上的支持力的合力及装置自身的重力，此二力相互平衡，力矩为零.系统旋转时，所受的外力矩为转轴处的摩擦力矩.由于运用了微型平面轴承，这种影响已减至最小，可忽略不计，同时忽略空气阻力及细线缠绕时产生的摩擦力的力矩的影响，则系统旋转时，可以认为只受内力矩作用，能够满足角动量守恒的条件.因而能够得到较好的演示效果.5 结束语自制角动量守恒演示仪尽管使用了微型平面轴承，使装置旋转时所受的摩擦力矩大大减小，但无法彻底消除，加之空气阻力及缠绕的细线间的摩擦力形成的阻力矩也是客观存在的，以至角动量守恒现象呈现的时间较为短暂，因而演示效果并不十分理想.但与传统的方法相比，上述装置的优点也是显而易见的：主要是材料易备，加工简单，结构轻巧，制作容易，操作方便，现象直观.如果再备2组与8号橡皮塞外形等大的质量依次减小的匀质干燥木塞和泡沫塑料塞，用来依次替换装置中上面一组橡皮塞，就可以定性演示物体转动惯量跟质量大小的关系.因此，该装置不仅可以定性演示角动量守恒现象，还可定性演示转动惯量跟质量的大小及质量相对转轴分布的关系.【相关文献】[1] 王佑坤.共振音叉实验的改进[J].物理实验，2011，31（1）：23－24.[2] 张前军.向心力演示仪的改进[J].物理实验，2010，30（7）：14－17.。
验证角动量守恒定律的一种实验方法
验证角动量守恒定律的一种实验方法
角动量守恒定律是物理学中的基本定律之一，指的是系统的总角动量在没有外力作用的情况下保持不变。
我们可以通过以下实验方法来验证角动量守恒定律：
首先，我们需要准备一个旋转物体和一个不旋转的物体，例如一个旋转的陀螺和一个静止的平衡车轮。
接着，我们让陀螺以一定的初速度绕平衡车轮旋转，并保持一定的角动量。
然后，我们从平衡车轮上移除一个重物，使其与陀螺相碰，并记录碰撞后陀螺和平衡车轮的角速度和角动量。
再将移除的物体放回去，并按相同的方式记录碰撞前后的数据。
通过比较碰撞前后的角速度和角动量，我们可以验证角动量守恒定律是否成立。
如果碰撞前后陀螺和平衡车轮的总角动量保持不变，则角动量守恒定律成立。
这是因为在没有外力作用的情况下，系统的总角动量应该保持不变。
需要注意的是，在实验中需要严格控制实验条件，如陀螺和平衡车轮的质量、形状、摩擦系数等，以确保实验的精度和可靠性。