#7395 lg

# 7395-CN 88 件/组

8+ 趣味学习陀螺仪及飞轮原理 LEARN LEARN THE THE FUN FUN OF OF GYROSCOPES GYROSCOPES & & FLYWHEELS! FLYWHEELS!

› › › 目录 目录 ......................................................1 方法和诀窍 ......................................... 2 实验包内的零件 ................................. 3 陀螺效应 ............................................. 4 重要讯息 ............................................ 5 神奇的陀螺仪 ..................................... 6 陀螺仪介绍 平衡的陀螺 ......................................... 7 当陀螺仪遇见陀螺 陀螺仪的力量 ..................................... 8 探索更多的陀螺仪效应 旋转机器人 ........................................ 10 旋转吧 ! 动量 .................................................. 12 平衡的机器人 ................................... 13 摩擦力和惯性的介绍 拉条式陀螺机器人和轨道 ............... 14 构建一个使用陀螺仪和飞轮引擎的模型 在轨道上移动 其他类型的轨道 ................................ 17 街舞舞者 ........................................... 23 探索角动量 会头转的街舞舞者 ............................ 25 角动量守恒定律 飞轮 ................................................... 28 摩托车 ............................................... 29 飞轮介绍 三轮摩托车 ........................................ 31 其他的飞轮实验

1

Tips!

﹑ 27 你可以从第 9 ﹑ 22 站”说 给 何 33 页的“知识补 的补 明中，找到更多相关 充资讯。

› › › 方法与诀窍 陀螺仪的使用 :

组装技巧

此陀螺仪主体共有八种插槽可供齿条插入 驱动。 使用时，一次只能插入一个齿条来 驱动。 请注意，须依陀螺仪上下部分所标 记的方 向插入齿条。 陀螺仪转动时，请 勿将齿条插入插槽。

结合键和连接的零件

请请注意这些不同的组装零件。 蓝色短结合键、紫色轴扣键、红色自转轴键和紫色 30mm 圆管，乍看之下都非常相似。但当你在组装 模型的时候，请务必确认你使用的是正确的那个零 件，这是非常重要的！

方框和长条 使用结合键来连接方框 和长条。

板手 当你想再次拆解模型时，你将会需要使用到板手。 操作板手时，板手的窄端面可以用来拔除结合键。 你也可以使用板手的宽端面来撬出自转轴键。

飞轮引擎的使用 橡胶环轮是环轮驱动器，它是让车子能够 移动的主要原因。 而环轮正是藉由装置内的飞轮来驱动的。 飞轮引擎里有六个可插入齿条的插槽，一 次只能插入一条齿条来动作。 切勿在飞轮运转时插入齿条。 请尝试将齿条插入不同的插槽来驱动驱轮， 观察在每个插槽下驱动轮转动的路径及车 辆移动的方向。 2

實驗包內的零件 1

2

3

4

5

6

7

×19

×3

×1

×1

×2

×6

×3

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×4

9

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×4

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×2

×2

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×1

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×5

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×3

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×4 ×2 26

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×2

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×2 ×2

×1

×4

×1

清单 : 找零件 - 检查 - 核对 号码

3

描述

数量

品号

19

7344-W10-C2B

17

C-6 凸90 度旋转轴

1

3

1156-W10-A1P1

18

C-5 孔超长条底无孔

1

7026-W10-S2D

1

7128-W10-E2TB

19

C-3 孔圆角长条

5

7404-W10-C1D

B- 圆点颗粒

1

7128-W10-E1TB

20

C-3 孔圆角长条

3

7404-W10-C1G2

C- 自转轴键

2

7026-W10-H1R

21

C-3 孔长条侧有孔

3

7026-W10-X1D

6

C- 二合一结合键

6

7061-W10-G1P

22

C-7 孔圆角扁长条

2

7404-W10-C3G2

7

C-30mm 圆管

3

7400-W10-G1P

23

C-7 孔圆角长条

2

7404-W10-C2G2

8

C-5 孔长条

4

7413-W10-K2D

24

B- 扳手

1

7061-W10-B1Y

9

C-3 孔1/4 弧长条

4

7061-W10-V1D

25

C-3x13 孔超长方框

2

7406-W10-A1D

10

C- 双向转接键

2

7061-W10-J1D

26

C-4 孔曲型条

2

7395-W10-E1TD

11

C- 单向转接键

2

7061-W10-J2D

27

C- 弧形轨道

4

7395-W10-F1

12

C-OD23mm 滑轮

2

7344-W10-N3G

28

C- 斜坡轨道

4

7395-W10-F2

13

C-A 型头( 前)

1

7396-W10-G1TD

29

C-Mini Gyro 主体

1

7395-W85-A

14

C-A 型头( 中)

1

7396-W10-G2TD

30

C- 飞轮组

1

7395-W85-B

15

C-A 型头( 后)

1

7396-W10-G3TD

31

2

7395-W10-D1D

16

C-3 孔侧盖

2

7395-W10-E2TD

1

B- 短结合键

2

C- 轴扣键

3

B- 圆锥颗粒

4 5

号码

描述

C-265mm 齿条

数量

品号 7395-W10-E3TD

陀螺效应 旋转的陀螺如何能在一个点上保持平衡呢？当你转动你的手机 屏幕时，你的智能手机如何知道方向的转变？这两件事情都归 因于陀螺仪和陀螺力量的作用。 在接下来的实验中，你将会探索陀螺仪如何运作以及陀螺仪在 许多不同方面的运用。

陀螺仪的各个部位 转轴

陀螺仪是一种转动的轮子或 转盘，它在以一种特定的方

框架

式安装后，便可以自由转动

转盘

和在任何方向运动。这种轮 子或转盘通常是被安装在两 个环内，并可自由地在三个 方向旋转。 陀螺仪就像是 陀螺一样，在 一个框架内 的轴上转。陀螺 仪的发明， 原本是用来帮助 科学家研 究地球自转的工 具，然而

平衡环架

在今日，陀螺仪被 广泛运 用于罗盘、飞行仪表 和稳 定装置上。

4

› › › 重要讯息 安全警示 !

各位亲爱的爸爸、妈妈：

>>> 注意！此产品不适宜 3 岁以下孩童

物理，其实是一种吸引人又富含多样性

小零件有窒息危险，请勿吞食或吸入。

而且不难理解的科学，特别是当你运用

>>> 此包装内含会转动的零件。请避免

这些有趣的模型来演示物理原理时，可

手指，头发，身体其他部位或细微物品

以从中藉由很多的趣味性，来帮助我们

，靠近正在转动的对象以免被转动的零

了解每天都会遭遇到的各式各样物理现

件卷入造成伤害。请小心操作模型。

象，并且让我们学以致用。

>>> 当陀螺仪及飞轮引擎转动时请勿触

您可以藉由组装我们这组实验套件和活

碰。

动模型来向孩子介绍物理概念，包括能

>>> 内含重要讯息，请保持包装和说明

源、运动和动力。并借着这些丰富的简

书的完整。

单范例，让孩子们取得进入物理学和物

>>> 实验材料和装配的模型须存放在幼

理法则的基本概念，而这些将来都会帮

童接触不到的地方。

助孩子们在学校所教授的课程中有更深 的理解和参与。 这个个人的实验模块是使用可调整式的 积木系统来一步一步完成组装的。因此 刚开始组装时，是需要一点点的练习和 耐心。如果他们在组装模型的过程中遭 遇困难，请适时给予协助，孩子们将会 特别高兴。 我们有一些实验会需要用到您家庭中常

我们衷心期盼您和您的孩子能在组装

见的物品。请您帮助您的孩子一起来选

模型及实验中，发现、学习并获得更

择这些物品吧 !

大的乐趣！

我们衷心期盼您和您的孩子能在组装模 型及实验中，发现、学习并获得更大的 乐趣！

5

模型 使用步骤

你所需要的零件 1

2

6

7

10 x

1 x

2 x

2 x

24

1 神奇的陀螺仪

11

19

21

2 x

5 x

3 x

29

跟着

23

1

至

7

的步骤来组装陀螺仪的

模型。 8

2 x

将齿条插入陀螺仪侧边的插槽内。

快速且大力的拉抽齿条以转动陀螺仪。

31

用你的手控制住陀螺仪并将其上下翻转 1 x

来转动。

1 x 1 x

9

让陀螺仪从这侧转动到另一侧，而

这两侧就是陀螺仪中的转盘正转和逆转 的方向。 请试着用陀螺仪的角端来做平衡。

2

1

3

翻转

4

5

6

x2

7

新知大探索 你有感受到立起陀螺仪是多么地费力吗?在这个实验 中，你会更进一步了解陀螺仪效应。当一个物体 (在 这里称为「转盘」)转动得非常快时，就会出现这种 效应。在你转动陀螺仪时所感受到的力量，也就是 陀螺仪之所以能维持在转盘轴上旋转的力量。而这 种无形的线性运动也是转盘转动的原因。

6

平衡的陀螺 模型 2 1

你所需要的零件

2

1

3

6

6 x

1 x

1 x

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2 x

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1 x

1 x

23

1 x

29 31

2 x 1 x

2

1 x

3

使用步骤 跟着

1

到

4

的步骤来组装模型。首先，先来

组装底部的紫色 2 合 1 结合键。 5

将一条齿条放置于桌面上。插入另一条齿条

于陀螺仪内。用力的拉动齿条 使陀螺仪旋转。 6

把陀螺仪放置在第一条齿条上。然后用双手

将齿条提起悬空。

7

你可以让模型在齿条上保持平衡吗？ 7

将紫色二合一结合键换成圆锥颗粒，来使转

动的陀螺仪变成陀螺吧！

新知大探索 「引力」是物体间相互吸引的力量。 物体的质量越大，引力越大。地球的引力对于我们有极大的影响。因为对于 我们来说，地球的引力是如此的巨大！地球的引力会将所有邻近地球的物体 向它的重心拉近。 旋转的陀螺是因为陀螺仪效应才能够保持平衡，而这个 原理是在说明：除 非是受了外力的影响，否则旋转的物体会趋向于保持在 它旋转的平面上。 陀螺仪效应能与引力相抗衡，而使陀螺不会倾倒。陀螺跟桌面的摩擦力以 及陀螺与空气的摩擦力，最终会导致转动中的陀 螺速度减慢，然后倾 倒。这就是为什么陀螺无法永远保持旋转的原因。 试试看，你能够使你的陀螺旋转多久呢？

7

4

模型 你所需要的零件 1

4

7

10 x

1 x

2 x

3

陀螺仪的力量

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23

1 x

2 x

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1 x

3 x

2 x

29 31

1 x 1 x

1 x

1 x

2

3

使用步骤 跟着

1

的

6

步骤来组装模型。

首先，先不要转动陀螺仪内的

7

转盘，试着让它先在底座上平衡数 次。 8

将齿条插入陀螺仪侧边的插槽。

拉动齿条。 现在试着平衡转动中的陀螺仪。

4

你观察到什么了呢？

5

新知大探索 尽管陀螺旋转得如此快速，但由于其 重量会变得不平衡，而使得它开始 向一侧倾倒。这样的不平衡是因为 其他的力还持续影响而导致力量的 不平均。

6

只要陀螺转动得够快，陀螺倾倒的 力就会平均落于它所有的位置上， 因此陀螺才能保持平衡。

站立 8

知识补给站

电子陀螺仪

进动 您在前方的实验中观察到，陀螺仪效应能 使转动中的陀螺保持旋转而不会倾倒。 然而，陀螺仪会与改变其旋转轴方向的外 力相作用。这种旋转轴方向的改变，就称 之为进动。甚至当转盘围绕着旋转轴旋转 时，该旋转轴本身也绕着第二轴线转动。

你的手机是如何 当你改变你的手机方向时， 向呢？ 感应并自动旋转它的屏幕方 侦测震动呢？ 相机和电动控制杆又是如何 陀螺仪！ 那是因为这些设备都使用了 它电子装置上来 陀螺仪常被应用在手机和其 。 感测物体在三度空间的移动 比这个实验套组 螺仪 运用在智能手机内的陀 。 得多 的陀螺仪要小 与 这些微芯片陀螺仪小到可以 手 置于 其他电子感应组件共同 陀 芯片 机的电路板上。这类微 电系 螺仪被称为 MEMS( 微机 统 ) 陀螺仪。

MEMS ( 微机电系统 ) 陀螺仪

旋转轴

进动

智能手机电路板

陀螺仪简史 是陀螺仪却是一种 虽然陀螺已经存在了数百年，但 明。 的发 近代 比较 是在 1743 年由约 第一个已知的类似陀螺仪的仪器 在雾中时，它被用 航海 当你 翰莎参所制作出来的。 。 方向 水平 来定位海上的 伯纳博格制作 第一个陀螺仪是在 1817 年由约翰 器”。 为“机 称之 而成，当时他的发明被 把此机器取名为 之后法国的物理学家莱昂 • 傅科 球的自转，这就 示地 来演 螺仪 此陀 他用 仪。 陀螺 字中为「看见」 是为什么陀螺仪的字根在希腊文 和「旋转」。 ，陀螺仪就能够应 乎可以无止尽地旋转。如此一来 随着电动马达的运用，陀螺仪几 示器及陀螺仪罗盘 在重要的导航仪器上，如航向指

9

用

模型

4

旋转机器人

你所需要的零件 1

5

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9

6 x

2 x

4 x

4 x

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1 x

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1 x

2 x

13

14

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1 x

1 x

用陀螺仪来定位

生产在线的机器人 想象一下，工厂中装配 零件，而要做到这 需要转动它的手臂拿起 准确地定位手臂活 样的动作，机器人需要 感器就能帮助机器 仪传 动的位置。而陀螺 的运作基础，原理 人做到这一点。传感器 应 ( 推力和拉力 )。 是在于陀螺仪对力的反 如何在此原理上作 以下实验会展示陀螺仪

1 x

24

1 x

31

29

1 x 2 x

1 x

动。

1 3 2

5

4 翻转

翻转

下一页待续

10

旋转机器人 模型 4

6

使用步骤 跟着

1

到

8

的步骤来组装模型。

拉动齿条使陀螺仪中的转盘顺时针

9

转动。 模型物中的其余部分是否也是顺时针或 逆时针的旋转呢？ 请重复上述动作，逆时针再操作一次。

7

8

新知大探索 当转盘顺时针旋转时，陀螺本体也顺时针旋转。 然后，当转盘逆时针转动时，本体也逆时针转 动。 而当转盘旋转时，该模型会产生所谓的力 矩。力矩是一种导致物体旋转的力。当你用扳手 转动一个螺栓时，所运用的就是力矩。 这就是为什么模型会跟着圆盘转动的方向旋 转。 因此，工厂的机器人如何使用陀螺仪来定位 手臂的位置呢？ 它是藉由机器人手臂内的陀螺仪来测量力矩， 因为在机器人的手臂转动时，能够用力矩来 计算手臂的移动距离及方向。

11

翻转

动量 为什么当花式溜冰运动员将他们的手臂 缩起越接近身体时，就能旋转地越快 呢？地球又是如何像陀螺一样转动呢？ 在接下来的实验中，你将会学习到陀螺 仪和飞轮的另一项特性，称之为动量。

12

平衡的机器人 模型 5

阻力

你所需要的零件 6

13

4 x

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1 x

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1 x

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1 x

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1 x

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1 x

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1 x

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2 x

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颗球，在没有碰到任 如果你在地面上滚动一 么球会停止滚动呢？ 何物体的情况下，为什 于「摩擦力」的存在！ 就在 球停止滚动的原因 由将物体的运动能量 「摩擦力」是一种可藉 运动状态的力。 原本 转为热来抵抗物体 感受到手心变热，这 如果你摩擦双手，你会 致。 就是因为摩擦力所 存在，那么球就会不 如果没有「摩擦力」的 下来吗？” 会停 断地滚动，最后它

31

1 x 2 x 1 x

使用步驟 跟着 5

1

到

4

2

的步骤来组装模型。

将一根齿条插入飞轮引擎的插槽

1

中。拉动齿条，并将此模型放置在平滑 的表面上。 观察看看，模型能移动多远。 6

现在，将两根齿条插入陀螺仪和飞

轮引擎中。同时拉动这两根齿条（或先 拉陀螺仪的），然后放下模型。 与第 5 步骤所述的操作比较，这次的 模 型移动距离如何呢？

新知大探索 3

4

从之前的实验当中，你观察到陀螺仪会 抵抗其旋转轴方向上的改变，这种改变 的阻力是起因于所有材料中都存在的特 性，我们称之为「惯性」。 例如当汽车突然剎车时，你的身体会 继续向前倾而压到安全带，此时你所 感受到的就是「惯性」的效应。 惯性是由牛顿第一运动定律所制定出 来的，也常被称为「惯性定律」。 它指出了：物体在不受外力的影响

13

下，静者恒静，动者恒动。

模型

你所需要的零件 1

2

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17 x

3 x

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1 x

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2 x

2 x

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1 x

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注意： 此模型只能与此实验套装内的轨道搭配使用。 轨道的组装说明，从下一页开始。

运动中的物体

非常快，那么要使 如果一辆大货车行驶得 大的力量。 花很 须要 它停下来就必 ？物体的惯性只与 性吗 的惯 货车 那是因为 它的质量相关。 以这还需要另一个 由于物体是移动的，所 「动量」。 称做 念， 重要的物理概

5 x

24

2 x

1 x

26

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4 x 2 x

2 x 28

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4 x

30 31

1 x

拉条式陀螺机器人和轨道

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1 x

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2 x

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4 x 17

10

6

使用步驟

2 x

跟着

1

到

5

的步骤来组装这个拉条式

陀螺仪机器人模型

1 x

1

2 3

5

齿条陀螺仪机器人

4

请同时用两根齿条使陀螺仪和飞轮旋转， 以测试此模型。 模型会保持平衡并同时往前行进吗？

下一页待续

14

其他类型的轨道 模型 7

组装发射轨道 现在从

6

至

12

的步骤开始组装

轨道。这个结构就像是一个滑道，

6

来帮助你快速地将拉条式陀螺仪机 器人送到轨道上。如此一来 , 就更 容易让陀螺仪机器人在它的陀螺仪 转轮和飞轮减速下来之前，快速地 就位并使其在轨道上顺利运行。

7

9

15

8

模型

7 其他类型的轨道

10

11

12

发射轨道

下一页待续

16

其他类型的轨道 模型 7

U 型轨道零件 跟着

13

到

18的步骤，现在开始组装轨道。请依照这里的说明指示来组建

U 型的设计轨道。

有九种其他的轨道配置建议示意在 18-20 页。

13

14

16

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模型

7 其他类型的轨道

17 14

16

15

18

U 型轨道

U 型轨道零件 19

将齿条插入陀螺仪机器人

模型中的陀螺仪（上）和飞轮

新知大探索

引擎（底）部位。 拿着陀螺仪模型的底部。

陀螺仪的作用使陀螺仪机器人不会从轨道上掉落，

并将陀螺仪机器人放置于发射

而且飞轮引擎会传输动力到轮子上，使机器人模型

滑道的轨道上，且确认轮子在

能够沿着轨道顺利地向前移动。此外，你还能藉由

轨道的缝隙中。然后同时拉动

拉动齿条来将能量加注于系统中。这样的能量被

两根齿条（或先拉陀螺仪的主

用来使陀螺仪和飞轮旋转，而能维持这样的旋转

体），然后马上放开陀螺仪机

是因为它们的「动量」。「动量」是物体的质量

器人。

和速度的乘积(速度在特定的方向)。「动量」能

看看这个陀螺仪机器人在没有

使陀螺仪机器人模型沿着轨道持续移动。让我

协助之下，如何在倾斜的轨道

们在下一个「知识补给站」页面中，了解更多

上向上移动？

的「动量」吧！

20

18

其他类型的轨道 模型 8

S 型轨道 2

1

3

4

5 4

3

2

S 型轨道 19

模型

9 其他类型的轨道

喜马拉雅山轨道 1

2

3

4

5

6

7

8

喜马拉雅山轨道

下一页待续

20

其他类型的轨道 模型 10-16 更多轨道的组装方式 请上此网址并依相关说明指示来组装轨道 : https://issuu.com/gigotoys/docs/_7395-cn-track

模型 10 「Z 字形」轨道

模型 11 「跷跷板」轨道

模型 12 「瀑布」轨道

模型 13 「U 型板」轨道

模型 15 「斜型」轨道

模型 14 「桥」轨道

模型 16 「急弯」轨道 21

知识补给站

动量守恒原理

在自然界中的陀螺仪

物体的动量是和物体质量及物体在特定方向或其

你有想过苍蝇如何能在空中 迅速移动且瞬间改变方向而 不失去控制 ?

速率的移动快慢有直接关联。 物体越重且速度越快的话就会产生更多的动量。 当物体沿着直线运动，称之为「线性动量」。 物体的动量是守恒的。 这个意思表示，该动量在 一个封闭的系统中──而这个系统中能量不会损

苍蝇有一个就像是陀螺仪的 平衡棒器官，能够帮助它在 飞行中旋转移动。

失或转换 , 能量保持不变。 举例来说，当两颗撞球互相碰撞时，动量会以改 变两者的速度，由其中一颗撞球转移到另一颗撞 球上，但两个球的动量总和必须维持不变。然而， 这并非是一个完全封闭的系统，所以部分动量会 因为球与桌子及球与空气的摩擦力，甚至是撞击 时所产生的声波，而导致动量消散。

牛顿摆的动量传递

22

街舞舞者 模型 17 你所需要的零件 1

2

10 x

3 x

6

2 x

19

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2 x

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转圈圈 10

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1 x

2 x 23

2 x

2 x

？ 会有动量吗？ 物体旋转时会发生什么 在旋转，此动量被 是的！然而，当物体正 物理现象变得更复 称为「角动量」，且让 杂了！

1 x

26

1 x

1 x 24

2 x

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18

1

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1 x

1 x

2

3 4

23

模型

5

17 街舞舞者

6

7

新知大探索 陀螺仪能保持旋转是因为它的角动量守恒。但是， 当它旋转的时候，陀螺仪的动量会转移到其他模 型的零件，这就是造成模型移动的原因。因此陀 螺仪最后会停止转动。

使用步骤 跟着 8

1

至

就像线性动量一样，角动量是物体质量和速度的 7

的步骤，以组装此模型。

将齿条插入陀螺仪的插槽中

产物。 但是当计算角动量的时候，物体沿着轴 心旋转的速度，以及相对于转轴的质量分布，是

握住模型的底部，然后拉动齿条。

必须纳入考虑的。

你观察到什么了呢？

在下一个实验中，你将会发现这些因素有着重 要的影响。

24

会头转的街舞舞者 模型 18

使角动量守恒

你所需要的零件 1

2

6

10 x

1 x

4 x

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2 x

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1 x

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2 x

1 x

1 x

动员运用张开双臂及 你如果见过花式溜冰运 会发现，当他们把双 缩臂使自身旋转，你将 转的速度开始更加快 臂紧贴身体时，他们旋

16

24

了。 ? 这其中有什么秘密吗

26

1 x

2 x

29 31

1

1 x 1 x

2

3

4

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5

模型 6

7

18 会头转的街舞舞者

8

使用步骤 跟着从

1

到

8

的步

骤，组装模型。 9

會

尽可能地把霹雳舞

者的手臂拉离身体中心 部位。 10

将这个模型上下翻转

颠倒过来且握住陀螺仪的 顶面。插入一根齿条到陀 螺仪侧边的插槽内。 拉 动齿条并将霹雳舞者的 头部倒置在桌面上。 11

重复前面的步骤，但

新知大探索 当霹雳舞者模型和花式溜冰者的手臂越靠近自己身体时， 转动的速度就越快。 这样的现象，可以用角动量守恒来解释。 如前面的实验所描述，角动量是物体的旋转速度及相对 于转轴的质量分布相乘而得。转动惯量是一个物体对于

这次尽量把霹雳舞者的手

其旋转运动的惯性大小的量度。

臂贴近其身体中心位置。

由于角动量是守恒的，当转动惯量改变时，例如：把

你观察到这个模型在移动

物体的质量朝向轴心移动──当然在计算角动量的其

上有什么不一样吗？”

他因素上也必须改变：旋转的速度。所以，为了保持 角动量恒定，如果转动惯量改变的话，旋转速度也必 须改变！ 如果你有一个旋转办公椅的话,你可以试试坐在椅子 上并将手臂伸直于两侧，再请你的朋友或家人转动 椅子，你将会发现你一将双臂往身体靠近，旋转的 速度就会变快。而当你再次张开双臂，速度就会慢 下来。

26

知识补给站

伽利略．伽利莱，艾萨克． 牛顿和惯性 人们曾经认为在没有其他力量影响其运动状态时， 为保持物体运动是需要持续施加力 ( 推力或拉力 )。 如果没有其他外力停止其运动，在运动中的物体会 保持其运动状态，例如：环境中的摩擦力 ( 在地面 或空中的移动 ) 会使物体停止运动。 在这个实验中我们了解「惯性」。伽利略把大理石 从两个呈现 V 型的倾斜面推下来。他发现，当他将 大理石从其中一个斜面推下去时，会发现释放时的 高度与到达另一斜坡时的高度略低一点。

即使伽利略做出的倾斜面已经尽可能平滑，他仍然 发现大理石在另一倾斜面的高度不会与释放时的高 度相同。他的理由是：在大理石行进过程中，有东 西阻止它到达同样的高度。因此他发现了「摩擦 力」。伽利略的解释是，如果第二个倾斜面是水平 的话，就不会有摩擦力，大理石就可以一直滚动。

．

牛顿也指出该惯性的概念适用于所有物 艾萨克 体。他也发现物体的惯性取决于其「质量」：质量 越大的物体，会越难移动；质量越小的物体，会越 容易移动。

若没有摩擦力阻碍， 大理石滚到第二斜面 的高度会与原本高度 相同。

27

飞 轮 从陀螺仪的实验中，你已经发现其中含有大量的能量，安装 有陀螺仪的模型，都会利用这样的能量来移动，此种能量储 存在陀螺仪内沉重的旋转转盘中，而这个旋转转盘也被称为 「飞轮」，并且他有着除了陀螺仪以外的其他运用。 「飞轮」是一个沉重的圆盘，用于储存旋转的能量，而这个 能量可以用来驱动机器。在此工具包内含富有飞轮的装置， 他可以驱动一对飞轮，此驱动称之为「飞轮引擎」。 在下列 的实验中，你可以飞轮引擎来驱动汽车模型。

位于荷兰 抽水站的飞轮

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摩托车 模型 19 1

你所需要的零件 1

7

5 x

9

3 x 26

2 x

10

11

2 x

1 x

20

3 x

24

1 x

30 31

1 x

2 x 1 x

2

3

5

4

29

模型

19 摩托车

6

7

使用步骤 看 8

1

至

7

的步骤，组装模型。

将齿条插入飞轮引擎的插槽

中。 握住模型，拉动齿条，并将模型 放置于光滑的桌面上。 你观察到什么了呢？

新知大探索 飞轮引擎内的飞轮是连接到引擎的其中一个轮 子，当你拉动齿条时，你就会施加大量的旋转 能量到飞轮上。藉由转动飞轮，你可以增加 他 的角动量，角动量会储存在飞轮中并且会 缓 慢的转移到两个车轮来驱动模型。当两个 轮 子转动，使模型前进时，飞轮会将他的 转动能量转移到车轮上。随着飞轮失去能 量， 他会逐渐慢下来，最终停止。

30

三轮摩托车 模型 20 你所需要的零件 1

5

5 x

2 x

21

22

1 x

1 x

30

1

7

9

2 x

1 x

10

12

2 x

2 x

24

19

20

1 x

2 x

26

1 x

2 x 31

1 x 1 x

3

2

4

31

5

模型

20 三轮摩托车

6

7 使用步骤 跟着

1

到

7

的步骤来组装

模型。 8

将齿条插入飞轮引擎中的

插槽。 握住模型，拉动齿条，并将模 型放置在光滑的桌面上。 你观察到什么了呢？

新知大探索 在这个实验中，飞轮引擎的运作方式与之前的实验 相同，主要的不同在于这个模型多使用了两个额外 的轮子来帮助模型保持稳定，所以他不会那么容 易倾倒。但其中的缺点是，额外的轮子会与桌面 产生更多摩擦力，也就是说飞轮引擎需要产生更 多的能量以大于与桌面产生的多余的摩擦，所以 模型便无法移动这么远了。然而，因为改善了稳 定性，使模型比较不容易打滑，因此，实际上 他有可能可以行进得更远。现在就来看看你自 己，要如何让你的模型作动吧！

32

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运动中的飞轮 飞轮通常是又大又重的轮子，具有较大的转 动惯量，在轮子的外边上通常有较大的重量， 如同你在「会头转的街舞舞者」这个实验中

小常识 「陀螺仪效应」也应用在休闲娱乐 中，例如：当你骑脚踏车转弯的时 候。当然，如果你将脚踏车立起来， 但轮子不转时，它一定会倾倒。

所学，物体质量与转轴越远，就有越大的转 动惯量。 一个飞轮会从转矩中获得能量。飞轮的转动 速度会增加，从而储存旋转能量。接着，飞 轮可以藉由将力矩转移到其他需要的机械部 位，来释放他储存的能量。 飞轮可以在机器上提供比原来力矩供还要快 速的旋转运动，而原本的动力可以缓慢地增 加飞轮的速度，从而储存能量然后建立转速。 飞轮可以在需要的时候十分快速地释放它的 转动能量。 而在原本动力供给不平稳或间歇性 的时候，飞轮还可以提供机器平稳 且连续的转动能量。 当然，飞轮也可以用在陀 螺仪上，作用是保持 物体平衡和抵抗某 些阻力来帮助控 制机器或装置的 方向。

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左侧的蒸汽机内 装有大型的飞轮

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