大物仿真实验-刚体的转动惯量

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1、大学物理仿真实验测量刚体的转动惯量实验姓名班级学号测量刚体的转动惯量实验一、实验目的：1.用实验方法验证刚体转动定律，并求其传动惯量；2.观察刚体的转动惯量与质量分布的关系；3.学习作图的曲线改直法，并曲作图法处理实验数据。二、实验所用仪器与原理：实验仪器：刚体转动仪，滑轮，秒表，舷码。实验原理：1.刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度B,其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M=I[i(1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。2.应用转动定律求转动惯量如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重

2、物组成。刚体将在袪码的拖动下绕竖直轴转动。设细线不可伸长，祛码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落,其运动方程为mg-t=ma,在t时间内下落的高度为h=at2/20刚体受到张力的力矩为和轴摩擦力力矩M「。由转动定律可得到刚体的转动运动方程:Tr-Mf=IB。绳与塔轮间无相对滑动时有a=rP,上述四个方程得到：m(g-a)r-Mf=2hl/rt2(2)与张力炬相比可以忽略，祛码质量m比刚体的质量小的多吋有a<

3、转动定律，求转动惯量从(3)出发，考虑用以下两种方法：A.作ni-1/严图法：仲杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和舷码下落高度h,(3)式变为：M=Ki/r(4)式中&二2hl/gk为常量。上式表明：所用祛码的质量与下落时间t的平方成反比。实验屮选用一系列的抵码质量，可测得一组m与1/甘的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。即若所作的图是直线，便验证了转动定律。从ni-1/〃图中测得斜率K”并用已知的h、r、g值，由K.=2hl/gr2求得刚体的ToA.作r-1/t图法：配重物的位置不变，即选定一个刚体，取砥码m和下落高度h为固定值。将式(3)写为：r=K2/

4、t(5)式屮©二(2hl/mg)1/2是常量。上式表明r与1/t成正比关系。实验屮换用不同的塔轮半径r,测得同一质量的耘码下落时间t,用所得一组数据作r-1/1图，应是直线。即若所作图是直线，便验证了转动定律。从r-1/t图上测得斜率，并用已知的m、h、g值，由&二(2hT/mg)1/2求出刚体的I。C、实验仪器刚体转动仪，滑轮，秒表，祛码刚体转动仪：包括:A.、塔轮，由五个不同半径的圆盘组成。上而绕有挂小去码的细线，由它对刚体施加外力矩。B.对称形的细长伸杆，上冇圆柱形配重物，调节其在杆上位置即可改变转动惯量。与A和配重物构成一个刚体。C.、底座调节螺钉，用于调节底座水平，使转

5、动轴垂直于水平面。此外述有转向定滑轮，起始点标志，滑轮高度调节螺钉等部分。三、实验内容与数据记录：1•调节实验装置：调节转轴垂直于水平面调节滑轮高度，使拉线与塔轮轴垂直，并与滑轮面共面。选定砥码下落起点到地面的高度h,并保持不变。2.观察刚体质量分布对转动惯量的影响取塔轮半径为3.00cm,&码质量为20g,保持高度h不变，将配重物逐次取三种不同的位置，分别测量狂码下落的时间，分析下落时间与转动惯量的关系。本项实验只作定性说明，不作数据计算。位置时间(s)54.3843.9433.653.测量质量与卜落时间关系:测量的基本内容是：更换不同质量的祛码，测量其下落时间t。用游标卡尺测

6、量塔轮半径，用钢尺测量高度，磁码质量按已给定数为每个5・0g；用秒表记录下落时间。将两个配重物放在横杆上固定位置，选用塔轮半径为某一同定值。将拉线平行缠绕在轮上。逐次选用不同质量的舷码，用秒表分别测量祛码从静止状态开始下落到达地面的时间。对每种质量的砥码，测量三次下落吋间，取平均值。舷码质量从5g开始，每次增加5g,直到35g止。数据记录刪除计算数据退出数据记录塔轮半径匸二3cm,启j度h=90・00cm,mo位:SS5-5'单位：S删除m(g)5.010.015.020.025.030.035.0第一次J8.486.184.924.33.913.623.26计算第二次8.475

7、.995.054.283.893.593.27绘图第二次8.646.064.974.333.983.633.23退出平均值8.536.076674.984.303333.926673.613333.253330.013743(0.027081：0.040321J0.0539990.064856：0.076592-0.094480；用所测数据作图，从图中求出直线的斜率，从而计算转动惯量。1.测量半径与下落时间关系测量的基木内容是：对同一质量的磁码，更换不同的塔轮半径，测量不同的下落