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麵軌道上滾現象，使學生加深了解在重力場中物體總是以降低重心，趨於穩定的規律運動。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象,使學生加深了解重力場中物體總是以降低重心、趨於穩定的規律運動。

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換。

【實驗儀器】

儀器由不鏽鋼導軌、可調支座、優質碳鋼製作的雙錐體及底板（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。如果物體不是處於重力場中勢能最小值狀態，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）對錐體質心的影響同斜雙杠的傾斜（縱向）對錐體質心的影響結合起來，當橫向作用占主導時，甚至表現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（錐體質心保持水平）時錐體的位置。AA'端較高，但AA'處兩橫杆向外側傾斜，較高的支撐有使錐體質心上移的趨勢，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）所示任何位置都處於平衡狀態。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'端處於高寬端，BB'端處於低窄端，若支撐點與錐麵切位置，則當錐體滾動時，質心在水平麵內運動，錐體處於隨遇平衡狀態。設BB'端固定，AA'端寬度一定，隻調節其高度，則AA'端下降，將會出現由隨遇平衡狀態上滾的現象。AA'端至多下降到CC'即BB'端所在水平麵上，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。