张锐波

（浙江大学城市学院，浙江 杭州 310015）

三维可调式锥体上滚设计性实验仪实验原理浅析

张锐波

（浙江大学城市学院，浙江 杭州 310015）

三维可调式锥体上滚设计性实验仪是作者对传统演示仪改造而成，是用来验证机械能守恒定律的，它不同于传统演示仪，在于其轨道夹角、轨道平面倾角及锥体直径、锥高均具有连续可调性之特点；本文作者着重阐述改造而成的设计性实验仪的实验原理，包括锥体滚动实验条件推导、实验测量公式，并以实例推算和实验调节步骤等，以达到培养学生综合应用、创新能力.

三维可调式；锥体上滚；设计性实验仪；上滚条件；实验原理；参量推算；调节步骤

双圆锥体放于锥体上滚实验仪，双圆锥体放于轨道上，视角上体现了锥体由低向高处滚动的一种视运动形式，通过重心降低体现重力做功，使之重力势能转化为动能，来验证机械能守恒定律.经改造后的装置不同于传统锥体上滚实验仪，其两轨道夹角γ、轨道平面倾角（即轨道平面与水平面夹角α）、轨道轴承下支撑杆左右均可以调节，使不同锥体（直径、锥高）只要满足上滚临界条件，就能实现上滚.

1 锥体上滚条件的推导

根据锥体与轨道俯视截面图1（b）所示，设双锥体顶角βi，双锥体长度ni，底面直径mi，则有

图1 锥体上滚临界条件推导示意图

当双锥体滚至终端时，轨道终端张开的宽度应与双锥体长度相同，即si＝ni，如图1（b）所示，有

设轨道平面临界倾斜角为αi，滚至终端时锥体轴……