陀螺的制作实验

你玩过陀螺吗?常见的玩具陀螺(如图1)多是用木头制成，下面粘接小铁锥。玩时用绳子缠绕用力抽脱，使之直立旋转。陀螺有多种形式，它是绕支点作高速转动的一种刚体。陀螺在转动过程中，它的运动状态是怎样的呢?我们试制作一个简易陀螺来观察。

一、制作陀螺

材料与用具

大铁垫圈(内径约8mm，外径(2～3)cm，厚2mm)1个(也可用其他圆柱体如穿孔的废象棋或榛树子代替)；小铁垫圈(外径约1.4cm，内径约6mm，厚度2mm)6个；竹筷(或小圆木条)，纸条、胶水、小刀、秒表。

制作步骤

(1)制作薄圆柱体陀螺：将木筷截成约4cm长一段，一端削成圆锥形，另一端作上部削成细圆柱形。中部适当裹上涂胶水的纸条，再穿入固定大垫圈；调整垫圈离支点(图2中0点)的距离，使垫圈面与转轴垂直，要求使所制陀螺能旋转较长时间。(图2所示数据供参考)

(2)制厚圆柱体陀螺：将竹筷截成3，5cm长后，照上步骤l操作制成转轴。在转轴上穿上6个小垫圈固定在适当位置(如图3所示)，形成一圆柱体。调整柱体面与支点(图3中0点)距离，并使它垂直于转轴，要求达到使所制陀螺旋转较长时间。

二、实验观察并记录

将所制陀螺放在平滑的桌面上(或玻璃板上)，用拇指和食指尽力将它搓转。在它旋转的过程中，仔细观察运动状态变化情况并用秒表记录时间(可做多次陀螺转动实验，以转动最长时间的情况记录)。

分析、结论

提示：根据陀螺转轴呈现状态，分析出它的转轴呈现的几种状态，从而了解陀螺的几个特性：进动性、稳定性等。

说明：

1.陀螺在转动中，其转轴总是绕着竖直线回旋转动(见图4)。这样的运动称为“进动”。可见陀螺运动有进动性的特性。

陀螺高速旋转时，保持转轴方向不变(当受到微小冲击时，自转轴保持原方向上晃动，称为“章动”)。可见陀螺运动具有稳定性。陀螺在高速旋转时，还具有定轴性等动力学特性。

2.根据陀螺的动力学特性，可制成多种陀螺仪。图5是一种“三自由度陀螺”，用这种陀螺仪，可实现惯性导航。现代航海航空的船舶和飞行器中用这种陀螺仪组装成指示方向的“陀螺方向仪”、“陀螺磁盘”等。