转动惯量 物理实验.doc

转动惯量_物理实验蝿转动惯量组合实验仪腿转动惯量的测定,在涉及刚体转动的机电制造、航空、航天、航海、军工等工程技术和科学研究中具有十分重要的。测定转动惯量常采用扭摆法或恒力矩转动法,本实验采用恒力矩转动法测定转动惯量。螄[实验目的]袄1、学****用恒力矩转动法测定刚体转动惯量的原理和方法膀2、观测刚体的转动惯量随其质量,质量分布及转轴不同而改变的情况,验证平行轴定理薇3、学会使用数字毫秒计测量时间螇[实验仪器]羄转动惯量实验仪,数字毫秒计薁[实验原理]艿1、恒力矩转动法测定转动惯量的原理薆根据刚体的定轴转动定律:羄(1)羂只要测定刚体转动时所受的合外力矩及该力矩作用下刚体转动的角加速度,则可计算出该刚体的转动惯量。螆设以某初始角速度转动的空实验台转动惯量为,未加砝码时,在摩擦阻力矩的作用下,实验台将以角加速度作匀减速运动,即:莅(2)肄将质量为的砝码用细线绕在半径为的实验台塔轮上,并让砝码下落,系统在恒外力矩作用下将作匀加速运动。若砝码的加速度为,则细线所受张力为。若此时实验台的角加速度为,则有。经线施加给实验台的力矩为,此时有:肈(3)蒈将(2)、(3)两式联立消后,可得:(4)膃同理,若在实验台上加上被测物体后系统的转动惯量为,加砝码前后的角加速度分别为与,则有:(5)膄由转动惯量的迭加原理可知,被测试件的转动惯量为:(6)葿测得、及、、、,由(4),(5),(6)式即可计算被测试件的转动惯量。羆2、的测量膆实验中采用通用电脑计量器计录遮挡次数和相应的时间。固定的载物台圆周边缘相差角的两遮光细棒,每转动半圈遮挡一次固定在底座上的光电门,即产生一个计数光电脉冲,计数器计下遮档次数k和相应的时间t。若从第一次挡光(k=0,t=0)开始计次,计时,且初始角速度为,则对于匀变速运动中测量得到的任意两组数据(km,tm)、(kn,tn),相应的角位移θm,θn分别为:芄(7)袀(8)蚈从(7)、(8)两式中消去,可得:羅(9)莄由(9)式即可计算角加速度。芁3、平行轴定理肆理论分析表明,质量为的物体围绕通过质心的转轴转动时的转动惯量最小。当转轴平行移动距离后,绕新转轴转动的转动惯量为:蚄(10)蒃在上式等式两端都加上系统支架的转动惯量,则有:蒈令,又,都为定值,则与呈线性关系,实验中若测得此关系,则验证了平行轴定理。袈四、的“理论”公式蒃设待测的圆盘(或圆柱)质量为、半径为,则圆盘、圆柱绕几何中心轴的转动惯量理论值为薃(11)衿待测的圆环质量为,内外半径分别为、,圆环绕几何中心轴的转动惯量理论值为芆 (12)蒆[实验仪器介绍]薃转动惯量实验仪芀转动惯量实验仪如图1所示,绕线塔轮通过特制的轴承安装在主轴上,使转动时的摩擦力矩很小。塔轮半径为15,20,25,30,35mm共5挡,挂钩或托盘(大挂钩20g,小挂钩5g,托盘12g)与5个5g的砝码组合,产生大小不同的力矩。载物台用螺钉与塔轮连接在一起,随塔轮转动。随仪器配的被测试样有1个圆盘,1个圆环,两个圆柱;试样上标有几何尺寸及质量(圆盘500g半径为11cm,圆环400g外半径11cm,、质量待测),便于将转动惯量的测试值与理论计算值比较。圆柱试样可插入载物台上的不同孔由内向外半径,便于验证平行轴定理。铝制小滑轮的转动惯量与实验台相比可忽略不记。2只光电门1只作测量,1只作备用,。羈转动惯量组合实验仪 (图3-6)芅2、毫秒计使用方法蚃1、调节光电传感器在固定支架上的高度,使被测物体上的挡光杆能自由往返地通过光电门,再将光电传感器的信号输入线插入主机输入端。蚁2、开启主机电源,“次数”显示为10,“毫秒”显示为0,按“增”或“减”键,可增加或减少设定的测量次数。设定为4次,因下落距离有限蒅3、次数设定好之后,若按下“开始”键,即可进行周期及次数的测量、(但受外力作用的那个周期即第2个周期不被计入)。此时“毫秒”显示数为周期的时间,“次数”显示数为周期的次数。肄4、测量次数至设定数后,“次数”停止于设定数,“毫秒”显示数为零。按下“停止”在按下“查询”键后,再按“增”键或“减”键,可查询各次测量到的数据。若在实验中途按下“停止”键则实验停止,可用同样方法查询,获得已经测量到的数据。螃5、每次设定次数和开始测量之前,均要按“复位”键,使仪器处于初始状态。肁若设定次数相同,在查询完数据,重复测量时,可按停止键回到次数设定状态,再按“开始”,继续下一次测量,可避免设定的多次按键。***6、若接有两个光电传感器,则在“通用”状态下,可测量遮光物体通过它们之间距离的时间。肆六、[实验内容及步骤]袃1、实验准备膈在桌面上放置转动惯量组合实验仪,并利用基座上的三颗调平螺钉,将仪器调平(用水平仪)。将滑轮支架固定在实验台面边缘,调整滑轮高度及方位,使滑轮槽与选取的绕线塔轮槽等高,且其方位相互垂直,如图1所