PDF《实验心得》

86 转不停陀螺的奥秘 陈义 台北市立教育大学 科学教育硕士学位学程 旋转是物?学上的一个重要单元,日常 生活中,陀?的旋转因受外在阻?影响下, 经过一段时间是会停止的.

但?想情况下(亦 即在无其他外在阻?下)依角动?守衡原 ?,陀?是会?停地以等角速?旋转,但在 日常生活当中,如何使陀?转个?停呢? 旋转是物?学上的一个重要单元,日常 生活中,陀?的旋转因受外在阻?影响下, 经过一段时间是会停止的.但?想情况下(亦 即在无其他外在阻?下)依角动?守衡原 ?,陀?是会?停地以等角速?旋转,但在 日常生活当中,如何使陀?转个?停呢? 旋转体之角动?及转动动能 角动能 ω I L = 转动动能

2 2

1 ω I Ek = I --角动? ω --角速? 依角动能守恒原?、能?守恒原?,? ?上陀?是会持续?断的旋转,但由於陀? 与底座有所摩擦,会造成能?亏损,紧接著 ω 会变小,接下去?是陀?越转越慢,要如 何使陀??停,就只有以带有 NS 磁性之? 实验心得 图1图2图3图487 属陀?受底座下磁化铁心〈通电的漆包线将 包夹在中心的铁心短暂磁化,此线圈装置铁 心上端是 N 极〉推一把,?补偿陀?摩擦时 所减少的转速 , 以维持陀?能旋转而?倒下 . 研究者针对转?停陀?试图以定性?明 并尝试进??的数治鲆蕴峁┪?教育者 之?考. 壹、原理 转?停陀?的材料及线圈设计分两部 份,此架设装置为可通电线圈,一个为较细 的漆包线,另一个为较粗的漆包线,分别? 接中间之电晶体装置. 装置上面盖上一个外型为中央低、边缘 高的圆锥台,旋转的陀?是一个具有磁性且 包覆一层塑胶的圆盘之磁铁.当陀?转动 时,具有磁性的陀?由圆锥台外缘往中心旋 转,由於盖子底下有线圈,因此线圈依照? 次定?产生感应电?,感应电?超过H945P3A 电晶体的门槛电压形成"开"启动,电?经 H945P3A 电晶体放大 β 倍,使 细漆包线电?加大,此时电晶体相当於一个 开关,使得包在线圈内的铁心形成暂时磁 铁,其中铁心之上端形成 N 极.此暂时磁铁 对具有磁性的陀? N 极部分 〈依安培右手定 则得知〉,形成同性相斥的现象,使旋转中 之磁铁陀?被推?一把,转速加快?. 事实上陀?由圆锥台上缘旋转至圆锥中 央较低处的地方,因为位能转换成动能的关 系,所以陀?旋转速?加快?,因促发?感 应电?,又将圆锥台上的旋转陀?推一把, 速?就?快?,而陀?再由较低的圆锥台中 央依惯性又?转到较高的圆锥台边缘,速? 又因此减慢(动能转换成位能,又受摩擦损 耗?一部分动能). 这个从最高点到低处圆仕台,又返回最 高点的现象?停周而?始,就是转?停陀? 的奥秘. 上图

5 是底座内部的沟造,线圈分别粗 与细?同的漆包线,其中粗与细的漆包线均 与一个电晶体 H945P3A ?接,方式如图

16 当磁性陀?的N极造成其下线圈产生感应电 ?,启动电晶体引发电晶体 IC=βIB,形成 图5图6图788 中间的铁心产生足够的感应磁场?推动具有 磁性陀?一把,此时电晶体相当於一个开 关,如此周而?始,使陀?转个?停,其原 ?与下图

6 有?曲同工之妙. 经测?陀?具有磁性,其强?内 内B内B=0.06mT V=10.05volt(?测得到真正的电池电压) R=0117k? (漆包线的电阻) l Bi F = 由於通电的线圈产生磁场 z ni B ?

0 ? = 外7010

4 ? * = π ? n--单位长?之匝数 i--通过漆包线的电? ( ) z mT B ) ? =

06 .

0 内N=597133.75 匝/m (计算出?) i-0.086Amp (仪表测出) Tesla z ni B )