锥体上滚Word格式.doc
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锥体上滚Word格式.doc
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如图9-1所示,由V形导轨、导轨支架和双锥体构成。
V形导轨开口端高、闭口端低,构成一倾斜轨道,轨道的坡度和两导轨间的夹角可通过导轨支架微调。
【操作与现象】
将锥体置于导轨的高端,锥体并不下滚;
反之,将锥体置于导轨的低端,松手后锥体会自动上滚,直至高端后停住。
注意:
放置双锥体时,其轴线应与导轨平面平行,否则上滚时易脱离轨道,损坏底座。
【原理解析】
在重力场中,物体在地球引力的作用下,总是以降低重心来趋于稳定。
本实验中锥体与轨道的形状巧妙组合,给人以锥体自动由低处向高处滚动的错觉:
V形导轨的低端处,两根导轨相距较小,停于此处的锥体重心最高,重力势能最大;
V形导轨的高端处,两根导轨相距较大,停于此处的锥体重心最低,重力势能最小。
因此,从导轨低端处释放锥体,锥体就会沿导轨从低端滚向高端,这其间锥体的重心逐渐降低,重力势能逐渐减小,被转化为了锥体滚动时的动能,体现了机械能守恒。
α
图9-2锥体上滚原理图
图9-2为锥体上滚轮原理图。
在本装置中,影响锥体滚动的参数有三个:
导轨的坡度角,双轨道的夹角和双锥体的锥顶角。
角是固定的,夹角与是可调的,计算表明,当角、、三角满足下面关系时:
,就会出现锥体主动上滚的现象。
由此可知,通过锥体上滚的演示,能加深理解在重力场中,物体总是以降低重心力求稳定的这一规律。
【应用实例】
世界上已经发现了多处“怪坡”。
在这些“怪坡”上,汽车下坡时必须加大油门,而上坡时即使熄火也可到达坡顶;
骑自行车下坡时要使劲蹬,而上坡时却要紧扣车闸;
人在坡上走,也是上坡省力,下坡费劲。
如果仔细研究会发现,所谓的“怪坡”并没有违反科学规律,“怪坡”与它路边倾斜的参照物——护栏、石柱巧妙结合,给人一种错觉,就好比“锥体上滚”一样的错觉。
物理规律是不会欺骗我们的:
在重力场中,物体的能量总是自然地趋向最低状态,物体总是以降低重心力求稳定的。
在台东县东河乡,有一个名叫“都兰”的旅游胜地,其最吸引游人处,便是“水往高处流”。
“怪坡”旁有一股小溪,溪水流到山脚下的农田,而靠近山脚旁的另一股溪水不往下流,偏偏反其道而行之,向山坡上流去,观者无不称奇。
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- 锥体