探究双圆锥体为什么上滚

探究双圆锥椎体上滚的原因重庆市酉阳县第二中学韦路山东科学技术出版社编写的普通高中课程标准实验教科书必修（1）讲《重心与稳定》一节时设计了一个有趣的物理实验那就是圆锥为什么会向“上”滚?这个迷你实验好玩的同时也让我们思考了很多，从这个实验中我想到了如果能把这个原理运用到实际生活中我们就能节约很多能源。建筑工地可以用来运东西，医院里可以用来运伤员，游乐园可以给人们带来快乐。作为物理教师我们要给学生带来物理的乐趣，更要引导学生探索这个物理现象的本质，因此接下来我们的重心就是探究双圆锥体上滚的原因。引入：回到普通高中课程标准实验教科书必修（1）《重心与稳定》60页处的迷你实验。此处让筷子在高的一端比稍低的一段略为撇开一些，把双圆锥体放在低端的轨道上，稍做调整我们可以看到神奇地现象，双圆锥往上滚，这是为什么呢？为了探究这个奇妙的物理现象，我们做实验来探究这个物理原理，下图是我们准备的实验仪器。【实验仪器】如下：下图一a和图一b为实验仪器锥体上滚轮演示装置结构图，a为平视图，b为俯视图：【实验原理】几何物理数学推算过程图二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，即导轨的坡度角α，双轨道的夹角γ和双锥体的锥顶角β，β角是固定的。夹角γ与α是可调的，双锥体重心0能否移动与此三个角的大小有关系。双锥体重心0位于锥体轴线的中点。当锥体置于轨道最低点时（见图二）锥体在轨道上的支点为M,重心0距底座台面的高度为HM“当锥体位于轨道较高处时，由于两轨道存在夹角而变宽，使锥体支点支于N点，重心0距台面高度降低为HN，由于HN＜HM，此时重心0下降了，锥体所以上滚，就是因为在重力作用下，重心0下降引起的。经过简单的三角函数和几何运算表明，当角α.β.γ三角满足下面关系时：就会出现锥体主动上滚的现象。通过计算表明不是所有的双圆锥体都能上爬的，能否上爬α.β.γ有关。我们可以直观地可以得出若果坡度较大双圆锥体往上滚难度还是比大的，还有就是双斜轨张开的角度也要比较大以及双圆锥的顶角也要足够大才行。本实验导轨的低端两根导轨的间距小，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。同样的实验仪器我们放上圆柱体，我们用书本上的迷你实验和上面准备的专业实验器材不会得到这样上爬的效果。究其原因就是因为重心的高度降不下来，圆柱体在低端重心还矮一些物体更加稳定一些所以圆柱体不会往上滚的。通过对比观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，让我们加深了解了在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的规律运动，说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能之间是可以相互转换的。联系电话：[phone]