大学物理（精品本科）1刚体的转动惯量测定

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1、刚体转动惯量的测量一、实验目的1•学习测量刚体转动惯量的方法。2.用实验方法验证平行轴定理。3.用最小二乘法处理数据，进一步熟悉各种数据处理方法。二、实验仪器刚体转动惯量实验仪，TH・4通用电脑式毫秒计，铝环，铝板，小钢柱，牵引舷码等。1.刚体转动惯暈实验仪刚体转动惯量实验仪如图1所示。它不但能测定质量分布均匀、断面形状规则刚体的转动惯量,而且能测定质量分布不均匀、断面形状不规则刚体的转动惯量，并可验证物理学的转动定律、平行轴定理等。它的转动体系由十字形承物台和塔轮组成，可绕它的垂直方向对称轴进行

2、平稳的转动。两根对称放置的遮光细棒随刚体系统一起转动，依次通过光电门不断遮光。光电门由发光器件和光敏器件组成，发光器件的电源由毫秒计提供，它们构成一个光电探测器，光电门将细棒每次经过时的遮光信号转变成电脉冲信号，送到通用电脑式毫秒计。毫秒计记录并存储遮光次数和每次遮光的时刻。塔轮上有五个不同半径的绕线轮，以提供不同的力借，从下到上分15mm、20mm.25mm、30mm.35mm五档。抵码钩上可以放置不同数量的祛码来改变对转动体系的拉力。在实验仪十字形承物台每个臂上，沿半径方向等距离d有三个小孔，

3、如图2所示。小钢柱可以放在这些小孔上，小钢柱在不同的孔位置就改变了它对转动轴的转动惯量，因而也就改变了整个体系的转动惯量，所以可用来验证平行轴定理。1•禺物台图1图21.通用电脑式毫秒计通用电脑式毫秒计是为测量刚体转动惯量而设计的，也可用于物理实验中各种时间测量和计数。本仪器使用了微电脑（单片机）作为核心器件，它具有记忆功能，最多可记忆九十九组测量吋间，并可随时把需要的测量结果取出来。时间测量有儿种方法，可根据需要选择一种。计时范围0・99.9999s,计时精度0.1ms。两路2.2V直流电源输出

4、；两路光电门信号或TTL/CMOS信号电平输入通道；可与计算机通过标准RS232串口通信。前后面板如图3所示。前面板：八位数码管分为两组，左面两位显示计数次数，右面六位显示计时时间。小键盘上“09为数字键；为减号键「冷'为角加速度键：“发送”为向计算机发送数据键；“设置/上"为设置和递增取数键；“下"为递减取数键。“复位”键，工作不正常时按下可复位毫秒计，并清除设置信息和所有测暈数据。后面板：两路计数通道，同时输出2.2V电源；一路RS232C串口。通用电脑式亳秒计TH-4[3回回口□回□口显示计

5、3通用电脑式毫秒计（左：前面板；右：后面板）操作说明：（1）开电源,开关在前面板左下方，显示U88-888888J,,否则按“复位”键。（2）按“设置,键，显示uP-0199M,这里“01”表示遮一次光计一次数，“99”表示最多可计99个数。如设置成“0129呗J表示每遮一次光计一次数，共计29个数。若设置成“0211”则表示每遮两次光计一次数，共计11个数，其余依此类推。设置完毕后，需再按“设置"键返回，这时显示-88-888888",系统进入计时状态，可进行计时操作。（3）取时间值：一次测量完

6、毕后，所有数据已存入在单片机中。如要把存储在单片机中的数据读出来，以进行手工的记录和运算，就必须按下述步骤进行手工取时间值操作。按数字键“7”即可）；如次数大于等于10,则依次连续按相应数字键。注意，按两键的时间间隔不要大于2秒，否则单片机会当作两次小于10的键值输入。例如取笫23次遮光时间值，先按“2”，紧接着按“3",则显示第23次遮光的吋间值。（4）循环递增或递减取数：按“上"键和“下”键。（5）两时间值相减：如“23”・“21”，先按“2"、“3”，再按“』键，显示“P』，然后按“2”、“

7、1”，即得到结果。注意若减数是一位数，需等待一会。显示的差是绝对值，“P』仅表示结果，不表示正负。（6）取“yT值：为了方便同学使用，本电脑式亳秒计还提供了对“yT值的直接计算功能。单片机中己把角位移也、值默定为2兀和8兀（也=2兀，&2=8兀）。做完一次实验后想要对本次实验的0值进行计算时，只要按一次岁'键，则显示“1……"，此即为"值；如连续按二次岁'键，则显示……”,它是在摩擦力矩作用下的负角加速度值0',注意它们前面的正负号。（7）发送数据：与计算机连好后，按“发送“键，向计算机发送数据，

8、若发送正确则显示“”,否则先显示“"然后显示“..……（8）要想重新开始计时，按计时”键，记住不要按复位键。三、实验原理空实验台的转动体系由承物台和塔轮组成，转动时体系对转轴的转动惯量记为本实验的待测物体为铝环、铝盘等，要测其对屮心轴的转动惯量人，可以将其放在承物台上。这时转动体系的转动惯量记为/，/=/。+厶。分别测出/（）和/后，根据转动惯量的的叠加原理便可求出厶：A=/-/o（1）整个刚体转动体系受到的外力矩有两个，一个是细绳的张力矩M=T・r,『为塔轮上绕线轮的半径，T为细