用扭摆法测量物体的转动惯量.ppt

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1、用扭摆法测量物体的转动惯量引言转动惯量是衡量刚体转动时惯性大小的量度，是表征刚体特性的一个物理量。刚体的转动惯量除了与物体质量有关外，还与转轴的位置和质量分布有关。如果刚体的形状简单，且质量分布均匀，可直接计算出转动惯量。对于形状复杂，质量分布不均匀的刚体，计算很复杂，通常会用实验测定的方法来得到。因此，学习刚体转动惯量的测定的方法，具有实际意义。实验目的学习用扭摆测定刚性转动惯量的方法测定几种规则形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较，考查所用实验装置的可靠性和准确性。验证转动惯量平行轴定理。转动惯量测试仪(含主机和光电传感器两部分),扭摆,金属载

2、物盘,空心金属圆柱体,实心塑料圆柱体两个,木球,金属细杆,金属滑块一对.实验仪器实验原理转动惯量.扭转常数和周期关系装在轴上的待测物体转过一定角度θ后，在弹簧的恢复力矩M的作用下，物体就开始绕轴做往返转动。根据虎克定律，弹簧扭转产生的恢复力矩M与转动的角度θ成正比，即M=-Kθ(1)Ｋ弹簧的扭转常数．根据转动定律Ｍ＝Ｉβ(2)Ｉ为转动惯量；β为角加速度．由上式得β=M/I(3)令ω2=K/I,忽略轴承的摩擦力矩,由式(1)和式(3)得此方程解为式中A为谐振动的角振幅;φ为初相位角;ω为角速度因此在通过实验测得物体扭摆的摆动周期T的情况下,只要已知I和

3、K中任何一个,就可算出另一个物理量实验内容熟悉仪器，实验准备熟悉扭摆构造、使用方法，以及转动惯量测试仪的使用方法。记录各种被测物的几何尺度和质量。调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪中气泡居中。测定扭转常数K，以及各种被测物的转动惯量装上金属载物盘，并调节光电探头位置，使载物盘上挡光杆处于其缺口中央且能遮住发射、接收红外线的小孔。测出载物盘的摆动周期T0，填入表中。把各种待测物依次安装在载物盘上，分别测出摆动周期T1，T2，T3用类似方法测出木球的摆动周期T4验证“转动惯量平行轴定理”装上金属杆，使金属杆的中心与转轴重合。测出摆动周期T5，并填入表。

4、将滑块对称放置在金属杆两边凹槽内分别测出滑块质心离转轴5.00cm,10.00cm,15.00cm,20.00cm,25.00cm时的摆动周期注意事项弹簧的扭转常数K值不是固定的，而与摆角有关。为了不带来系统误差，实验过程中摆角应大致保持在90°左右。光电探头应放在挡光杆的平衡位置处，挡光杆不能与之接触，以避免增大摩擦力矩。基座应保持水平。安装待测物时，其支架应全部套入扭摆主轴，并在主轴豁口处旋紧固定螺丝，否则即不安全，又会造成很大误差。为提高测量精度，应先让扭摆自由摆动，然后按“执行”键进行计时。使用过程中若系统死机，请按“复位”键或关

5、闭电源后重新启动。但以前数据将丢失。数据处理次数nT0/snT1/snT2/snT3/snT4/snT5/s123平均周期物体质量m/kg几何尺度/(10-2m)理论值I’/(10-2kg·m2)周期实验值I/(10-2kg·m2)相对误差金属载物盘－－短塑料圆柱０.３５５４Ｄ１＝１０.００长塑料圆柱０.７１０８Ｄ２＝１０.００空心金属圆柱０.６８８６Ｄ内＝９.４０Ｄ外＝１０.００木球０.７５２１Ｄ４＝１４.００金属细杆０.１３３３Ｌ５＝１０.００x/cm5.0010.0015.0020.0025.00N次摆动周期nT/s平均周期实验值I/(10-2

6、kg·m2)理论值I’/(10-2kg·m2)相对误差思考问题1、物体的转动惯量与哪些因素有关？2、摆动角的大小是否会影响摆动周期？实验过程中要进行多次重复测量对摆角应做如何处理？3、测量转动周期时为什么要采用测量多个周期的方法？此方法叫做什么方法？一般用于什么情况下？