最新刚体转动惯量实验 效果图
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称: 大学物理实验A(2)
实验项目名称: 刚体转动惯量实验
学院:
专业: 班级:
组号: 指导教师:
人: 学号:
实验时间: 年 月 日 星期
实验报告提交时间:
教务处制
实验目的与要求:
1( 掌握使用钢梯转动惯量仪检测刚体的转动规律;
2( 学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩的
;
3( 学习一种处理实验数据的方法——作图法(曲线改直法);
4( 验证平行轴定理。
实验仪器
刚体转动惯量仪、通用电脑毫秒计、水准仪、游标尺、砝码等。
1( 刚体转动惯量仪
(1) 结构描述
刚体转动惯量仪的结构如图所示。
(2) 使用方法
如图所示,取走一个遮光细棒(实验中只需一个遮光细棒进行挡光计时),将剩下的一个固定在承物台直径的某一端,并只需接通转动惯量仪的一个光电门,随着转动体系的转动,遮光细棒将通过光电门不断遮光,光电门将光信号转变成电信号,送到毫秒计的计时器的输入端,进行计时,
,到预置的角度时,即停止计时。
2( 通用电脑毫秒计
使用方法
? 时间输入方法
a( 接通电源,面板中A、B显示88-888888
b( 按“*”或“#”键,面板显示P-0164,此事
明输入1个脉冲计时1次,可连续输入64个
脉冲。
c( 再按一次“*”或“#”键,面板显示88-888888,此时仪器处于等待计时状态。 d( 依次输入脉冲,够64个脉冲后停止计时,并把各个脉冲时间存储在机内。 ? 取出时间方法
按“*”或“#”键,每按一次跳出一个时间,它的次序分别是1,2,„„,64或64,63,„„,
1个脉冲所测的时间。若需取出其中某个脉冲的时间,按如下操作:例如按下数码01,表示第一脉冲输入,此时为计时开始,得到的显示为000.000;按下数码06,表示时间是从计时开始时间,即第一个脉冲输入时间到第6个脉冲输入的时间间隔,得到的显示为***.***。依此类推可以把需要的所有时间取出,并可以反复取出。
按“9”键两次仪器就又处于准备状态,为下一次及时做好准备,并清除前次计时;按复位键,则回到初始状态。
实验原理:
单角度设置法(=0)求出刚体的转动惯量和摩擦力矩 ,0
在恒力矩作用下,转动体系将作均匀变速转动,固有下列公式:
12tt ,,,,, (5-26) 02
,N,,2,(N,1),试中:是角位移,由毫秒计先预置好数,再由式求出预置的角位移,同
,时毫秒计可测出装懂不同的角位移所需的相应时间。如果我们将随刚体一起转动的遮光细棒t
紧靠光电门,并从静止开始转动,即使初角速度,则由式(5-26)可推出: ,,00
2,, (5-27) ,2t
,用毫秒计查出所需相对应的转动时间,从而求出。将式(5-27)代入式(5-25),可得: ,t
,2mgr,J,M, 2t
从而
JM2,1,1 (5-28) m,,,,k,C22grtgrt
式中:。 k,2,J/gr,C,M,/gr
2221/t1/tm,1/t可见:和呈线性关系,以为纵坐标,以为横坐标,作出曲线(这种处mm
理数据的方法称为曲线改直法),如果个点的连线是一条直线,就验证了转动定律,并可由直线
Ck的斜率和在纵坐标轴上的截距分别求出转动惯量和摩擦力矩为:
kgrJ,,M,,Cgr (5-29) 2,
22m,1/tm,1/tJ为所求出,必须在同一张坐标纸上,分别作出空载时的直线和载荷时的直x
CkJCkJM,线,从图上准确读出、和、,再由式(5-29),分别算出、和、M,,则0000J,J,JJJ算出,并与的理论值进行比较,已知圆盘转动惯量理论值为: x0xx
12 , (5-30) JmRx理2
式中:为圆盘的质量,R为圆盘的直径。 m
方法、步骤:
单角度设置法,=0, ,0
(1) 调节实验装置。用水准仪器调节承物台水平,使转轴垂直于底座,尽量减少摩擦。选用
合适的塔轮半径。调整塔伦和定滑轮之间的拉线呈水平状态,并保持定滑轮的滑槽与所
选用的塔轮半径垂直。
(2) 承物台空载。接通毫秒计电源,预置数N,毫秒计复零准备记录,将遮光细棒紧靠光电
门,轻轻放手(使=0),使塔轮在砝码作用下,从静止开始转动,记下时间t,以后每,0
次增加砝码5g,重复测试3次,从5g一直增加到55g,计入表5-9; (3) 承物台载荷。在承物台放上圆盘,重复步骤(2),数据计入表5-10;
22(4) 在同一张坐标纸上,分别准确作出空载时的直线和载荷时的直线,m,1/tm,1/t
Ck从图上准确读出、和、(这是关键,对于结果的误差影响很大); Ck00
(5) 有公式再分别算出、、、、; JJM,JM,00x
(6) 算出理论值,将理论值与实验值比较,算出和的相对误差,做实验讨论,进JJJx理xx理
行误差分析。
实验过程及
:
1(实验数据记录
铝制圆盘:直径 D,
质量 m,圆盘
砝码质量:=(5.000.05)g/个 m,
钢柱质量:均刻在所用钢柱上
2单角度设置法,,数据记录 ,,00
表5-9
,,_________________,___________________(空载) r,
22 m/g t/stt1/t
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
表5-10
,,_________________,___________________(载荷) r,
22 m/gt/stt1/t
5
10
15
20
25
30
35 40 45 50 55
数据处理分析
深圳大学学生实验报告用纸
实验结论:
思考题
1(在实验中产生误差的主要因素有哪些,
T2(本实验中拉线的张力应是,在本实验中忽略了砝码的加速度,这aT,m(g,a)
将会使转动惯量的测量结果偏大,还是偏小,为什么,
3( 在本实验中,如果塔轮和定滑轮之间的拉线不是水平状态,定滑轮与所选的
塔轮半径不垂直,这将会使转动惯量的测量结果偏大,还是偏小,为什么,
指导教师批阅意见:
成绩评定:
指导教师签字:
年 月 日 备注:
注:1、报告内的项目或内容设置,可根据实际情况加以调整和补充。