刚体转动惯量实验仪的改装设计.pdfVIP

第23卷 第6期 广东石油化工学院学报 Vo1．23 No．6 2013年 12月 JoumalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnology DeC．2013 刚体转动惯量实验仪的改装设计 邓锂 强 (广东石油化工学院 理学院，广东茂名525000) 摘要：介绍了设计性实验 “刚体转动惯量实验仪的改装”。以转动惯量及刚体动力学原理为基础，利用实验室现有仪器，对 刚体转动惯量实验仪进行改装，并提出新的实验原理，可以对阻力矩进行修正，并利用该实验装置测量刚体转动惯量。 关键词：设计性实验 ；刚体转动惯量；阻力矩；改装 ；数字毫秒计；光电门 中图分类号：O313．3 文献标识码：A 文章编号：2095—2562(2013)06—0053—04 高等教育是以创新教育为核心、以培养创新精神和能力为基本价值取向的教育，是培养创新人才的教 育。大学物理实验课作为所有理工科低年级大学生必须开设的一门公共基础课，它对全面培养和提高大 学生的创新精神和创新能力具有很重要作用。 物理实验是最基本的实验训练，物理实验教学理应成为培养学生创新能力的重要环节_lJ。设计性物 理实验为学生提供足够的条件 ，以便在实验过程中充分发挥他们的主观能动性，使学生置于一种富有探索 和创造性的学习环境中，积极主动地思考、分析问题，使他们受到一种类似于专业科研人员搞科研的那种 训练。学生在做这类实验时，需要 自己完成阅读文献资料、拟定实验方案、配置实验设备、制作仪器部件、 测量实验数据、分析实验结果、完成实验报告等工作，这种注重培养学生科研能力的做法，有利于学生的开 拓精神和创新能力的培养 J。 为了培养学生的科研能力，作者设计了一个 “刚体转动惯量实验仪的改装”的设计性实验。本实验要 求学生分析原 “刚体转动惯量实验仪实验”的缺陷，利用实验室现有的气垫导轨实验用的JSJ一3A型数字 1 毫秒计及光电门，对刚体转动惯量实验仪进行改装，根据给出的提示公式 =∞t+告 、CO=cU+ 及 二 M= ，提出新的实验原理，对转动惯量进行测量。 1 刚体转动惯量实验仪实验的缺陷分析 1．1 时I司t的误差 根据刚体转动惯量实验仪的仪器结构、实验内容及实验步骤，分析该实验存在的缺陷 I4。在实验中 用停表测量砝码下落时间 ，由于人体的反应约需要0．1秒的时间，停表从开启到停止的误差可认为0．2 秒，停表本身的仪器误差相对小很多，可以忽略，因此可取 =0．2s，下落时间 t随着测量条件不同而不 同，当砝码质量为25g时，下落时间 约为5秒， 达到4％。由公式 ， ～ 可得： rt2 = √()+(2等)+(2)+() (1) 从公式(1)可知，的系数为2，的影响达到8％，是影响孚的主要因素。要想减小转动惯量的误 收稿 日期：2013—09—26；修回日期 ：2013—10—02 基金项 目：广东石油化工学院教育教学改革研究项 目(JY201348) 作者简介：邓锂强(197O一)，男，广东茂名人，实验师，硕士，研究方向：大学物理实验仪器改良与新应用研究。 54 广东石油化工学院学报 2013年 差，就要想办法提高时间t的测量精度。这时可对刚体转动实验仪进行改进，采用数字毫秒计或单片机来 测量时间 一 。 1．2 阻力矩不能忽略时产生的误差 刚体转动实验仪转动时会受到阻力的作用，阻力包含塔轮转轴的摩擦、滑轮转轴的摩擦，塔轮、均匀细 杆及装在细杆上的圆柱形重物转动时空气的阻力，滑轮转动及砝码下落时空气的阻力。其中塔轮转