何佳蕊 馮志芳 楊雯雁 張冰鑫 程智博

（北京化工大學(xué)數(shù)理學(xué)院 北京 100029）

任何一門學(xué)科的發(fā)展都不是單純地依賴原有理論的傳播與推導(dǎo)，更需要依靠科學(xué)研究者的大膽猜想和可靠有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，它從本質(zhì)上來說是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)。無論什么樣的物理學(xué)的理論與猜想都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，且都要受到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與相關(guān)數(shù)據(jù)的證實(shí)。對(duì)于大學(xué)生而言，角動(dòng)量可以說是一個(gè)全新的物理概念，同時(shí)，角動(dòng)量守恒定律也是自然界中一個(gè)非常普遍的規(guī)律［1］。在研究相關(guān)問題時(shí)，為了便于描述轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，引入了角動(dòng)量。定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角動(dòng)量公式為M=Jβ，角動(dòng)量的定義式是由J（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，標(biāo)量）與β（角加速度，矢量）的乘積而來，故為矢量，其方向判斷只需通過右手四指環(huán)繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，大拇指所指方向即為角動(dòng)量方向。

在日常生活中處處存在著角動(dòng)量守恒的問題，如星球自轉(zhuǎn)、直升機(jī)螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)等。其實(shí)，早在以前我國先人對(duì)于該現(xiàn)象便有相關(guān)記錄，但卻無法解釋。西漢末年，丁緩制造出被中香爐，其能讓香料不會(huì)由于外界擾動(dòng)而掉落。那么，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？我們通過角動(dòng)量守恒定律的觀點(diǎn)來看待此現(xiàn)象，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，丁緩把香盂兩支點(diǎn)垂直懸于水平軸內(nèi)兩圓環(huán)中，當(dāng)內(nèi)環(huán)處于水平位置時(shí)，香盂因自身重量不會(huì)左右傾斜翻倒，而外環(huán)可使香盂不會(huì)左右傾斜翻倒（兩環(huán)軸孔要垂直）［1］；處于水平位置時(shí)，初始時(shí)刻，香盂和圓環(huán)組成的系統(tǒng)是靜止的，香盂因?yàn)樽陨碇匦陌l(fā)生變化而導(dǎo)致對(duì)兩圓環(huán)產(chǎn)生不同的壓力，是系統(tǒng)的內(nèi)力，內(nèi)力對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生力矩作用，所以不改變系統(tǒng)的角動(dòng)量。根據(jù)上述推論，可以知道，系統(tǒng)受到的合外力矩為零，故此系統(tǒng)的角動(dòng)量守恒正是當(dāng)代“陀螺儀”的制造原理［2］，最終產(chǎn)生了香盂口始終朝上的奇妙現(xiàn)象。

雖然，角動(dòng)量守恒的現(xiàn)象在日常常見，但是，對(duì)于如何通過實(shí)驗(yàn)和量化來驗(yàn)證該定律上卻沒有成熟的實(shí)驗(yàn)體系。目前，國內(nèi)大多研究者只在理論上設(shè)計(jì)了一些理論上方便可行的儀器，而針對(duì)實(shí)際教育中的儀器卻很少設(shè)計(jì)。換句話說，對(duì)于性能較高、成本較低、便于實(shí)現(xiàn)的驗(yàn)證角動(dòng)量守恒儀幾乎沒有，這也就造成了在物理實(shí)驗(yàn)等教學(xué)開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)的困難點(diǎn)。

本文針對(duì)此現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一款多功能性角動(dòng)量守恒儀，借助該定性演示裝置，可以在很大程度上幫助學(xué)生理解和掌握該定理，同時(shí)，借此裝置，實(shí)驗(yàn)者還可以探究影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的因素。國內(nèi)也有教授在相關(guān)理論和器材的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)明出一種自制角動(dòng)量守恒演示儀，但存在演示效果只能靠人眼目測(cè)感受其中的變化而不能由設(shè)備數(shù)據(jù)直接驗(yàn)證定理的缺點(diǎn)。目前，市面上用于角動(dòng)量教學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材雖操作方便、數(shù)據(jù)精確，但缺失驗(yàn)證角動(dòng)量守恒這一功能?；谝陨隙喾矫婵剂?，在前人原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將裝置的某些方面進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，同時(shí)增加了光電門和橡皮筋，更方便實(shí)驗(yàn)者定量測(cè)量和計(jì)算，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更加明顯、更有說服力。

1 原理介紹

經(jīng)典力學(xué)中的三大基本守恒定律為動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律和角動(dòng)量守恒定律［3-4］，其中，動(dòng)量守恒定律與機(jī)械能守恒定律兩個(gè)守恒定律在高中階段教學(xué)中均作了詳細(xì)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與可視化研究。但關(guān)于角動(dòng)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量概念、角動(dòng)量定理及角動(dòng)量守恒定律方面的可視化資源較少，除了少量用于定性觀察的演示實(shí)驗(yàn)外，國內(nèi)用于定量驗(yàn)證角動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)儀器和方案還十分缺乏與不便。為了解決這一實(shí)驗(yàn)難題，提高教學(xué)質(zhì)量，本小組研制了集驗(yàn)證角動(dòng)量和測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量于一體的定恒儀。

角動(dòng)量即是指物體到原點(diǎn)的位移與動(dòng)量相關(guān)的物理量。在經(jīng)典力學(xué)中，角動(dòng)量被定義為物體到原點(diǎn)的位移（矢徑）和其動(dòng)量的叉積：

L=r×p=Jω

式中，r為該點(diǎn)相對(duì)于轉(zhuǎn)軸或原點(diǎn)的位失，p為該點(diǎn)的動(dòng)量。因此，質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量L是一個(gè)矢量，它的方向垂直于r與p所在平面，滿足右手螺旋定則，即角動(dòng)量是矢量，且是軸矢量。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度，用字母J表示［5］，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于組成物體各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m與它們到轉(zhuǎn)軸的垂直距離r平方的乘積之和，即：

顯而易見，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不僅與整個(gè)物體的質(zhì)量有關(guān)，而且與質(zhì)量的分布及轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變。例如，機(jī)械中常利用具有巨大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪來使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)［6］。

角動(dòng)量定理即對(duì)于質(zhì)點(diǎn)系對(duì)任一固定參考點(diǎn)的角動(dòng)量對(duì)時(shí)間的微商等于作用于該質(zhì)點(diǎn)系的諸外力對(duì)參考點(diǎn)的力矩的矢量和，即：

式中，Mi為該點(diǎn)所受的合力矩。對(duì)于剛體同時(shí)存在，剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作用于剛體的合外力矩等于剛體繞此定軸的角動(dòng)量隨時(shí)間的變化率，即可表示為：

則有：

角動(dòng)量守恒定律即為如果物體所受合外力矩等于零，或者不受外力矩的作用，物體的角動(dòng)量保持不變。因此，當(dāng)系統(tǒng)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如若所受合外力矩為0或無外力矩作用時(shí)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的乘積為常數(shù)，即：

Jω=C

式中，C為常量。本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置中，系統(tǒng)可繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過人為施加沖量矩，給予橡皮筋一定的彈性勢(shì)能，可以通過改變裝置上輕桿上滑塊到轉(zhuǎn)軸的距離，從而改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量［7］，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改變系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，則系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度減小；系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變小，則系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增加［8］。在使用此實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，由于在人為施加沖量矩后不再對(duì)裝置進(jìn)行操控，因此，系統(tǒng)的角動(dòng)量保持恒定［9］。

2 實(shí)驗(yàn)裝置介紹

圖1 是演示裝置組裝后的簡(jiǎn)圖，它主要由鐵架臺(tái)和通過軸承與旋轉(zhuǎn)裝置相連的輕質(zhì)桿和若干滑塊組成。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖

本實(shí)驗(yàn)的材料有一個(gè)鐵架臺(tái)（起固定、支撐作用）、一根輕質(zhì)繩（連接鐵架臺(tái)與旋轉(zhuǎn)裝置）、一根輕質(zhì)橡皮筋（彈勁系數(shù)較大，給轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)提供能量）、一根透明管（與橡皮筋共同連接上、下兩根輕質(zhì)桿）、兩個(gè)軸承、兩個(gè)相同的輕質(zhì)桿（設(shè)上桿為1 號(hào)桿，下桿為2 號(hào)桿）、兩個(gè)光電門（起計(jì)時(shí)作用）、8 個(gè)質(zhì)量分布均勻的大小相同的滑塊（其中4 個(gè)滑塊完全相同，另外4 個(gè)滑塊完全相同，但比前4 個(gè)滑塊質(zhì)量小）、4 個(gè)大小適中的遮光片。

加工方案：將8個(gè)滑塊分別打孔，保證滑塊上的孔洞直徑略大于輕質(zhì)桿的直徑，能夠讓其在輕質(zhì)桿上實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)；在兩根輕質(zhì)桿中心處打孔，保證孔洞直徑略小于軸承直徑。

安裝步驟：首先組裝旋轉(zhuǎn)裝置，將已打好孔的其中4個(gè)滑塊穿入輕質(zhì)桿，將4個(gè)遮光片分別固定在輕質(zhì)桿的兩端，再將軸承嵌入輕質(zhì)桿內(nèi)，用橡皮筋把兩個(gè)輕質(zhì)桿相連，中間用透明管包裹橡皮筋，并把兩個(gè)軸承連接在一起組成轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，最后，用輕質(zhì)繩把轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)連接在鐵架臺(tái)上，裝置組裝完成，可順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)如下：（1）通過鐵架臺(tái)的支撐作用，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的懸空，上、下兩根輕質(zhì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，更加直觀，且更易得出結(jié)論；（2）利用遮光片與光電門的結(jié)合，可在一定程度上進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量計(jì)算，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有說服力；（3）輕質(zhì)橡皮筋的存在保證每次實(shí)驗(yàn)操作中轉(zhuǎn)動(dòng)相同的圈數(shù)，即可近似認(rèn)為每次給系統(tǒng)提供的初始能量相同，以一種簡(jiǎn)便的方式即可實(shí)現(xiàn)控制變量。

3 實(shí)驗(yàn)過程

3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響因素實(shí)驗(yàn)

3.1.1 探究質(zhì)量相對(duì)中心轉(zhuǎn)軸分布的變化對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響的實(shí)驗(yàn)

取4 個(gè)完全相同的滑塊，如圖1所示，分別將1 號(hào)輕質(zhì)桿和2 號(hào)輕質(zhì)桿上應(yīng)的4 個(gè)滑塊調(diào)整到對(duì)應(yīng)相同的位置，且距離透明管所在中心軸的距離相同。此時(shí)，用手將1 號(hào)輕質(zhì)桿固定，將2 號(hào)輕質(zhì)桿沿順時(shí)針（或逆時(shí)針）方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)10圈后即可停止。接下來，同時(shí)釋放1 號(hào)、2 號(hào)兩根輕質(zhì)桿，即可觀察到兩根桿分別沿以透明管所在的直線為軸的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的速度大致相同。通過兩個(gè)光電門，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)輕質(zhì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T1、T2，根據(jù)T1、T2，即可計(jì)算出旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，進(jìn)一步可以得到某相同時(shí)刻1 號(hào)桿、2 號(hào)桿兩桿的角速度ω11、ω21。

再將上、下4 個(gè)滑塊向靠近透明管的方向移動(dòng)相同距離（見圖2），并且保證上、下兩對(duì)對(duì)應(yīng)的滑塊在一條豎直線上，重復(fù)上述操作，記錄與之前釋放后轉(zhuǎn)動(dòng)相同圈數(shù)時(shí)刻的角動(dòng)量（目的是確保系統(tǒng)獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能相同），此時(shí)，即可發(fā)現(xiàn)1 號(hào)、2 號(hào)兩個(gè)輕質(zhì)桿的ω21、ω22較之前增大。當(dāng)將上、下4 個(gè)滑塊向遠(yuǎn)離透明管的方向移動(dòng)相同距離（見圖3，保證4 個(gè)滑塊離裝置中央透明桿的距離較圖1 的距離更大），重復(fù)上述操作，記錄并求得與之前釋放后轉(zhuǎn)動(dòng)相同圈數(shù)時(shí)刻的角動(dòng)量，此時(shí)，即可發(fā)現(xiàn)1 號(hào)、2 號(hào)兩個(gè)輕質(zhì)桿的角速度ω31、ω32較之前減小。

圖2 實(shí)驗(yàn)演示圖A

圖3 實(shí)驗(yàn)演示圖B

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果及下列能量守恒公式：EK=，可得出如下結(jié)論：當(dāng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能相同時(shí)，ω越小，J越大，反之亦然。因而，當(dāng)1號(hào)輕質(zhì)桿、2號(hào)輕質(zhì)桿兩部分質(zhì)量相同時(shí)，滑塊的質(zhì)量相對(duì)于中心轉(zhuǎn)軸分布越近，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越??；當(dāng)滑塊質(zhì)量相對(duì)于中心轉(zhuǎn)軸分布越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大。

3.1.2 探究質(zhì)量大小對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響的實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)（1）的基礎(chǔ)上，更換原有4 個(gè)滑塊為另外4個(gè)質(zhì)量相同但與實(shí)驗(yàn)（1）的4 個(gè)滑塊質(zhì)量不同的滑塊（見圖4），置于與第一次實(shí)驗(yàn)的相同位置，此時(shí)，重復(fù)以往實(shí)驗(yàn)操作（用手固定1 號(hào)的輕質(zhì)桿，將2 號(hào)的輕質(zhì)桿沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)10 圈后即可停止，同時(shí)釋放1號(hào)、2號(hào)兩根輕質(zhì)桿，即可觀察到兩根桿分別沿以透明管所在的直線為軸的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的速度大致相同），記錄并求得與之前釋放后轉(zhuǎn)動(dòng)相同圈數(shù)時(shí)刻（為了確保系統(tǒng)獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能相同）的角動(dòng)量，即可發(fā)現(xiàn)此時(shí)的ω41、ω42相比于第一次實(shí)驗(yàn)的ω11、ω21減小。

圖4 演示裝置圖C

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果及下列能量守恒公式：EK=，可得出如下結(jié)論：當(dāng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能相同，ω越小，J越大，反之亦然。因而，1號(hào)輕質(zhì)桿、2號(hào)輕質(zhì)桿兩端的滑塊與中心轉(zhuǎn)軸的距離相同時(shí)，滑塊質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大；滑塊質(zhì)量越小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小。

3.2 角動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)

（1）演示轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同的1 號(hào)輕質(zhì)桿、2 號(hào)輕質(zhì)桿兩部分，當(dāng)系統(tǒng)合外力矩為0 時(shí)，在內(nèi)力矩作用下，兩輕質(zhì)桿分別以等大反向的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

取4 個(gè)完全相同的滑塊，如圖1所示，分別將1 號(hào)輕質(zhì)桿、2 號(hào)輕質(zhì)桿上分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滑塊調(diào)整到距離透明管所在中心軸距離相同的位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作（用手固定1 號(hào)的輕質(zhì)桿，將2 號(hào)的輕質(zhì)桿沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)10 圈后即可停止，同時(shí)釋放1 號(hào)、2 號(hào)兩根輕質(zhì)桿，即可觀察到兩根桿分別沿以透明管所在的直線為軸的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）。通過上、下兩個(gè)光電門，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)輕質(zhì)桿的不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T1、T2，可計(jì)算出旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，進(jìn)而得到在某相同時(shí)刻1 號(hào)輕質(zhì)桿與2 號(hào)輕質(zhì)桿兩桿的角速度分別為ω1、ω2，可以得到ω1大小等于或近似等于ω2，即可得到J1ω1+J2ω2= 0，其中，J1=J2。

（2）演示轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同的1 號(hào)輕質(zhì)桿、2 輕質(zhì)號(hào)桿兩部分，當(dāng)系統(tǒng)合外力矩為0 時(shí)，在內(nèi)力矩作用下，分別以不同的角速度沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

如圖5所示，將1 號(hào)輕質(zhì)桿、2 號(hào)輕質(zhì)桿上分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滑塊調(diào)整到距透明管所在中心軸不同的兩個(gè)位置（該放置滑塊的方式可以實(shí)現(xiàn)上、下兩桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同），但須保證1 號(hào)輕質(zhì)桿和2 號(hào)輕質(zhì)桿上分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滑塊距離透明管所在中心軸的位置相同（即保證上、下兩根輕質(zhì)桿與4 個(gè)滑塊組成的部分系統(tǒng)關(guān)于透明管所在的中心軸對(duì)稱），重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作（用手固定1號(hào)的輕質(zhì)桿，將2號(hào)的輕質(zhì)桿沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)10 圈后即可停止，同時(shí)釋放1 號(hào)、2號(hào)兩根輕質(zhì)桿，即可觀察到兩根桿分別沿以透明管所在的直線為軸的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）。通過上、下兩個(gè)光電門，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)輕質(zhì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T1、T2，即可計(jì)算出某相同時(shí)刻上、下兩桿的角速度ω1、ω2［10］，可得ω1＜ω2。

圖5 演示裝置圖D

上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清楚明了地反映了角動(dòng)量守恒這一基本物理規(guī)律，因?yàn)楸ＷC了在釋放上、下兩根輕質(zhì)桿前系統(tǒng)靜止，所以，系統(tǒng)的總角動(dòng)量為零。在釋放后，僅在內(nèi)力矩的作用下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并無其他的外力矩作用在該系統(tǒng)上，其角動(dòng)量總和也應(yīng)為零，即，當(dāng)滿足J1＞J2（或J1＜J2）的條件時(shí)，ω1＜-ω2（或ω1＞-ω2）。

4 結(jié)論

通過以上的實(shí)驗(yàn)操作，可以得到以下結(jié)論。

（1）在物體質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)軸分布相同時(shí)，重物的質(zhì)量越大，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，反之亦然。在物體質(zhì)量相同的情況下，物體質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)軸分布越近，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越?。划?dāng)物體質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)軸分布越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大。

（2）在保證系統(tǒng)所受合力矩為零的條件下，系統(tǒng)在內(nèi)力矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，其角動(dòng)量守恒。

根據(jù)角動(dòng)量的現(xiàn)有知識(shí)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可用于同時(shí)探究轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響因素及角動(dòng)量守恒定律演示的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。在演示過程中，通過改變滑塊質(zhì)量和滑塊質(zhì)量分布相對(duì)轉(zhuǎn)軸的關(guān)系，從而改變轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的角速度發(fā)生顯著變化，最后達(dá)到演示角動(dòng)量守恒定律的目的。

該角動(dòng)量守恒演示儀雖然使用了平面軸承，使裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)所受的摩擦力矩在最大程度上減小，但仍不可能徹底將其消除。另外，空氣阻力及輕質(zhì)繩、橡皮筋之間存在的摩擦力形成的阻力矩也是必然存在的，所以會(huì)導(dǎo)致角動(dòng)量有關(guān)現(xiàn)象呈現(xiàn)的時(shí)間較為短暫，演示效果并不能完全符合預(yù)期。利用光電門測(cè)量數(shù)據(jù)推算角速度也存在不可避免的系統(tǒng)誤差角速度也存在不可避免的系統(tǒng)誤差，使定量測(cè)量出的數(shù)據(jù)不能完全相等，但在系統(tǒng)誤差允許范圍內(nèi)，測(cè)量數(shù)據(jù)依舊可以作為驗(yàn)證角動(dòng)量守恒的依據(jù)。

本文設(shè)計(jì)的角動(dòng)量守恒演示儀與傳統(tǒng)的裝置相比，優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的，其材料容易獲得，同時(shí)組裝起來也較為簡(jiǎn)單，操作原理便于理解，可以達(dá)到裝置輕巧、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀的目的。因此，該裝置對(duì)于探究影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量因素及角動(dòng)量守恒的演示是明顯且可信的，反映的物理規(guī)律深刻且富有啟發(fā)性。

與此同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)演示裝置能演示出多種與角動(dòng)量定理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，能把剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)復(fù)雜而令人困惑的問題清晰地反映出來，從而可以運(yùn)用在今后的課堂演示上，可先讓學(xué)生預(yù)想實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后用該儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)他們的理解是否正確，最后用理論加以分析，達(dá)到應(yīng)用的目的。