大学物理实验报告–刚体转动定律.doc

深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 大学物理实验 实验项目名称： 刚体转动惯量 学院： 医学院 专业： 生物医学工程 指导教师： 报告人： 学号： 班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务处制 实验目的与要求： 掌握使用刚体转动惯量仪检验刚体的转动定律； 学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩的方法； 学习一种处理实验数据的方法——作图法（曲线改直法）； 验证平行轴定理。 实验仪器： 刚体转动惯量仪 使用方法 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，到达预置的角度θ时，即停止计时。 通用电脑毫秒计 使用方法 时间输入方法 接通电源，面板中A、B显示88-888888 按“ * ”或“ # ”键，面板显示P-0164，此时表明输入一个脉冲记时1次，可连续输入64个脉冲 再按一次“ * ”或“ # ”键，面板显示88-888888，此时仪器处于等待计时状态。 依次输入脉冲，够64个脉冲后停止计时，并把各个脉冲时间储存在机内。 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64，64，…，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，即第一个脉冲输入的时间到第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计时状态，为下次计时作好准备，并清楚前次计时；按复位键，则回到始状态。 实验原理： 承物台和塔轮固结在一起，其对转轴的转动惯量用表示，若另有待测物体（圆盘或圆环），将其放在承物台上，其总的转动惯量用表示，则=+，若分别测出和，便可求出待测物体（圆盘或圆环）的转动惯量：=— 在外力矩和摩擦力矩的共同作用下，由转动定律得知：—= 式中：是转动体系的转动惯量，是角加速度，是下落砝码的质量，是绕线轮的半径。由式看出：测定转动惯量的关键是角加速度，这可由下述方法确定： 1．单角度设置法（=0）求出刚体的转动惯量和摩擦力矩 在恒力矩作用下，转动体系将作均匀变速转动，故有下列公式： 式中：θ是角位移，由毫秒计先预置好数N，再由式求出预置的角位移θ，同时毫秒计可测出转动不同的角位移θ所需的相应时间t。如果我们将随刚体一起转动的遮光细棒紧靠光电门，并从静止开始转动，即使初角速度= 0，则可推出： 用毫秒计查出所需相对应的转动时间，从而求出。并可得： 从而得出：，式中：，。 可见：和呈线性关系，以为纵坐标，以为横坐标，作出—曲线（这种处理数据的方法称为曲线改直法），如果各点的连线是一条直线，就验证了转动定律，并可由直线的斜率和在纵坐标轴上的截距C分别求出转动惯量和摩擦力矩为： ，。为求出，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—直线，由图上分别准备读出、和、，再分别算出、和、，则算出，并与的理论值进行比较，已知圆盘转动惯量的理论值为：。式中：为圆盘的质量，为圆盘的半径。 方法、步骤： 1．单角度设置法（=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。调整塔轮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，以后每次增加砝码5g，重复测时3次，从5g一直增加到55g，记入表5-9； （3）承物台载荷。在承物台放上圆盘，重复步骤（2），数据记入表5-10； （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，从图上准备读出、和、（这是关