为了设计一个证明刚体在不受外力作用时，角动量守恒的实验，我们可以使用旋转平台和几个不同类型的质量块来模拟在无外力作用下的情况。下面是一个详细的设计方案：

实验目的

验证当刚体不受外部力矩作用时，其角动量保持不变。

实验材料

• 旋转平台：平台能够自由旋转，具有低摩擦轴承以尽量减少非测量因素的影响。
• 质量块：若干个，质量不同，形状规则，方便固定。
• 固定夹具：用于将质量块稳固定在平台的指定位置。
• 编码器或其他角度测量工具：用于测量旋转平台的角度。
• 秤：用于测量质量块的重量。
• 卷尺：用于测量平台半径。

实验步骤

1. 测量基础数据：首先测量所有质量块的重量和旋转平台的半径，记录相关数据。
2. 初始状态设置：将旋转平台置于水平位置，使用固定夹具将一个或多个质量块固定在平台边缘，确保它们均匀分布以保持平台的平衡。
3. 平台启动：轻轻推动旋转平台，使其沿某一方向匀速旋转，同时启动角度测量工具开始记录数据。
4. 改变系统配置：在平台转动稳定后，快速但平稳地向平台边缘添加或移动一个质量块，同时保持平台的平衡，避免产生额外的力矩。
5. 数据记录：持续记录平台在第一步和第四步中旋转的角度变化，特别注意添加或移动质量块前后，平台旋转速度的变化。
6. 分析数据：比较质量块位置变化前后，平台旋转的角速度。根据角动量守恒定律L=Iω（L为角动量，I为转动惯量，ω为角速度），理论上质量块重新分布后，尽管平台的转动惯量I发生变化，但角速度ω将相应调整，以使L保持不变。
7. 重复实验：改变质量块的位置或数量，重复上述步骤，收集多组数据以提高实验的准确性和可靠性。

注意事项

• 确保在实验过程中，旋转平台始终处于低摩擦状态，以减小摩擦力对实验结果的影响。
• 操作过程中要轻柔，避免对平台施加额外的力。
• 数据记录时要尽量精确，确保读数的准确性。

通过上述实验设计，我们可以有效地验证角动量守恒的原理，即在没有外部力矩作用的情况下，系统的总角动量维持恒定。