实验4 转动定律与转动惯量--扭摆型.pptVIP

实验 4 转动定律和转动惯量 平动和转动是物体的两种基本的机械运动， 转动定律是描述物体定轴转动的基本定律。 转动惯量是反映物体改变转动状态的惰性程度，是刚体转动时惯性大小的量度，表明刚体特性的一个物理量。 刚体转动惯量与物体质量有关，还与转轴的位置、质量分布（形状、大小和密度分布）有关。除了形体简单、质量分布均匀可以直接计算定转轴的转动惯量。一般形体通常用实验方法测定。 一. 实验目的 加深对转动惯量的感性认识和转动定律的理解 用扭摆测定转动惯量和弹簧的扭转常数，并与理论值比较 从实验学习平行轴定理 巩固用作图法处理实验数据 二. 实验原理 扭摆 扭摆在垂直轴上装有薄片状螺旋弹簧，用来产生恢复力矩。轴上方可装各种待测物体。当物体在水平面内转过一定角度θ，在弹簧的恢复力矩作用下，物体就绕垂直轴作往返扭转运动 由虎克定律： M = -Kθ 式中K为扭转常数，M恢复力矩，转过角度θ 转动惯量 根据转动定律：M = Jβ J 为 转动惯量，β为角加速度 (令ω2 = K/J) 此方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。此方程的解为： 式中，A为振动的角振幅，φ为初相位角，ω为角速度。 此谐振动的周期为： 可得： 如测得物体扭摆周期T, 则已知K即可求得 J，已知 J 即可求得K ， 平行轴定理 若质量为m的物体绕通过质心轴的转动惯量为 Jo 则当转轴平行移动距离X时，则此物体新转轴的转动惯量为： J = Jo + mX2 三. 实验仪器 TH-J型转动惯量测试仪 主机和光电传感器组成 扭摆及待测转动惯量的物体 金属载物盘、塑料圆柱、金属圆筒、木球、金属细杆和金属滑块 天平和游标卡尺等 四. 实验内容 熟悉扭摆的构造和使用方法，及转动惯量测试仪的使用方法 测定扭摆的仪器常数K 由已知圆柱体的质量m1和外径D1。 算出转动惯量 测量已知圆柱体的扭转周期T1 ，则可求得K 测定金属圆筒、塑料圆柱体、金属细长杆的转动惯量，并与理论值比较，计算百分误差 验证转动惯量平行轴定理 五. 实验步骤 1 调整扭摆底脚螺丝，调节水平 2 装上金属载物盘,调整光电探头,测定摆动周期To(3次,求平均) 将塑料低圆柱体固定在载物盘上,测定摆动周期T1 (3次,求平均) 由公式 得到弹簧扭转常数K 3 取下塑料低圆柱，依次换上塑料高圆柱、金属圆筒、圆球、金属细长杆，测量摆动周期，计算各自的转动惯量，并与理论比较 4 将两个已称重过的金属滑块对称地放在细杆上，使滑块质心与转轴的距离分别为5.0，10.0， 15.0，20.0， 25.0厘米，测定摆动周期，验证平行轴定理 5 用天平测量待测物体的质量（有一些物体质量已测好） 用游标卡尺测量筒（柱）体直径、细杆长度(各测3次)及滑块长度 六. 数据记录与处理（按教材表格） 七 注意事项 弹簧扭转常数与摆动角度有关，使摆角固定在90o左右 光电探头宜放在挡光杆平衡处，但切忌与杆发生摩擦、碰撞 机座应保持水平状态 安装待测物时，应将止动螺丝旋进 称金属细杆与木球质量时，必须取下支架 扭摆型 1 2 3 1 垂直轴 2 螺旋弹簧 3 水平仪 P 1 –– –– –– –– 参量指示 数据显示 复位 功能 置数 上调 下调 执行 查询 自检 返回 计时 转动 摆动 TH-J型智能转动惯量实验仪使用 开机：显示上图，若异常，可按复位键，即可正常（默认状态为摆动） 按功能键：可选择扭摆和转动 （开机和复位默认状态为摆动） 按置数键: 显示 按上调键，周期数依次加1，按下调键，周期数依次减1，周期数可在1?20间任意设定，再按置数键确认。 显示 或 ，预设后仅当再次置数或复位，其余操作均不改变预置周期数 智能转动惯量实验仪 F1 end N = 1 0 F2 end 执行键还具有修改功能。如要修改第三组数据，按执行键直至显示 后，重新测量第三组数据 按