大学物理实验-拓展提高篇 课件 实验2.4-用恒力矩转动法测量转动惯量

用恒力矩转动法测量转动惯量第1节背景介绍与实验原理大学物理实验——拓展提高篇实验目的1.掌握用恒力矩转动法测定刚体转动惯量的原理和方法；2.观测刚体转动惯量随其质量、质量分布及转轴不同而改变的情况，验证平行轴定理；3.学会使用通用计数器测量角加速度。背景知识一、转动惯量1.转动惯量：刚体绕轴转动时惯性的量度

意义：一个物体对于旋转运动的惯性背景知识背景知识背景知识2.转动惯量的两个相关定理

xJJcCJ1J2J

背景知识3.转动惯量常用测量方法形状规则、质量分布均匀的刚体：理论计算形状复杂、质量分布不均匀的刚体：仪器测定双线摆扭摆三线摆恒力矩转动法转动惯量测定仪背景知识二、刚体定轴转动定律意义：合外力矩对归纳刚体的瞬时作用规律测定转动惯量的原理：测量已知量M、β，计算求J

实验原理

一、恒力矩转动法测定转动惯量的原理实验原理

实验原理二、β的测量

实验原理三、转动惯量理论值及平行轴定理

用恒力矩转动法测量转动惯量第2节实验仪器与实验内容大学物理实验——拓展提高篇实验仪器需要用到的实验仪器：DH0301A智能转动惯量仪及附件、DHTC-1A通用计数器、水平仪、游标卡尺、米尺。实验仪器1.DH0301A智能转动惯量仪（1）塔轮半径R：15mm、20mm、25mm、30mm（2）载物台圆心与试样插入孔中心的间距d：50mm、75mm（3）砝码：50g、5g、10g、20g实验仪器2.DHTC-1A通用计数器测量功能：周期测量、脉宽测量、秒表计时、自由落体测量、角加速度测量等液晶显示器系统复位键功能键光电门1接口光电门2接口电磁铁输入接口实验仪器3.游标卡尺使用方法：读数结果L=主尺上的整数部分+副尺上的小数部分不需要估读！实验内容与方法ObjectiveOperationObservationRecord1调整仪器，使之达到测量状态a.在桌面上放置转动惯量仪，滑轮支架放在实验台面边缘，调整滑轮高度及方位。使轮槽与塔轮（选择R=15mm）槽等高，并使绕线与塔轮相切。b.实验仪的一个光电门与计数器传感器I接口连接，另一个光电门备用。挡光棒旋转时是否能有效触发光电门。c.计数器弧度设置为π（有两根挡光棒且180度分布），测量次数设为50，准备测量。50实验内容与方法ObjectiveOperationObservationRecord2测定空实验台的转动惯量a.选取50g砝码。将细线一端卡入选定塔轮上的开口处，转动塔轮，使细线不重叠地密绕于选定半径塔轮上，用手托住砝码。b.按计数器确认键，释放砝码（*释放时，挡光棒不要离光电门太近，以免误触）挡光棒旋转时是否能有效触发光电门。c.计时完毕，更换砝码质量并重复步骤。记录计数器显示的数据B1和B2，计算J1实验内容与方法测量空实验台的转动惯量数据记录表砝码总质量m1=50gm2=55gm3=65g数据组β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)123平均值J1塔轮半径R=15mm实验内容与方法ObjectiveOperationObservationRecord3测定圆盘的转动惯量a.读圆盘质量m圆盘，用游标卡尺和米尺测量其直径D圆盘。记录m圆盘、D圆盘。b.将圆盘放在载物台上，并使试样几何中心轴与转轴中心重合。c.按空实验台测量方法，更换砝码质量并重复步骤。记录计数器显示的数据B3和B4，计算J2、J3及误差百分比实验内容与方法测量实验台加圆盘试样的转动惯量数据记录表圆盘参数D圆盘=________mm,m圆盘=________g砝码总质量m1=50gm2=55gm3=65g数据组β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理论值J3’误差百分比塔轮半径R=15mm实验内容与方法ObjectiveOperationObservationRecord4测定圆环的转动惯量a.读圆环质量m圆环，用游标卡尺和米尺测量其直径D外和D内。记录m圆环、D外和D内。b.将圆环放在载物台上，并使试样几何中心轴与转轴中心重合。c.按空实验台测量方法，更换砝码质量并重复步骤。记录计数器显示的数据B3和B4，计算J2、J3及误差百分比实验内容与方法测量实验台加圆环试样的转动惯量数据记录表圆环参数D外=________mm,D内=________mm,m圆环=________g砝码总质量m1=50gm2=55gm3=65g数据组β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理论值J3’误差百分比塔轮半径R=15mm实验内容与方法ObjectiveOperationObservationRecord5验证平行轴定理a.将两个小圆柱对称地插入载物台上的圆孔中，选择d=50mm和d=75mm的一对对称孔。b.按空实验台测量方法，更换砝码质量并重复步骤。记录计数器显示的数据B3和B4，计算J2、J3及误差百分比6不同的塔轮半径R的测量选择不同塔轮半径R，重复1~5步。实验内容与方法测量实验台加圆柱试样的转动惯量数据记录表圆柱参数D圆柱=________mm,m圆柱=________g,转轴距离d=________mm砝码总质量m1=50gm2=55gm3=65g数据组β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理论值J3’误差百分比塔轮半径R=15mm数据处理及要求1.计算待测圆盘、圆环和圆柱绕中心轴的转动惯量，并计算测量值与理论值的相对误差百分比（直接填入表中）。2.根据测量数据验证平行轴定理。用恒力矩转动法测量转动惯量第3节附录大学物理实验——拓展提高篇分析与思考1.设转动体系的转动惯量为J0，当有M1的部分质量远离转轴平行移动距离d后，体系的转动惯量变为J=J0+M1d2，试用实验方法验证该平行轴定理。提示：①

初转动体系：空实验台+圆柱，且圆柱位于d=50mm的对称孔处，测量此时的转动惯量；②