剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量

1、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量普通物理實(shí)驗(yàn) 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性大小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性大小的量度。它與剛體的總質(zhì)量、質(zhì)量分布、量度。它與剛體的總質(zhì)量、質(zhì)量分布、形狀大小和轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。對(duì)于形狀形狀大小和轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的剛體，可簡(jiǎn)單、規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的剛體，可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算它繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣以通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算它繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而對(duì)于形狀復(fù)雜、不規(guī)則、質(zhì)量分量，而對(duì)于形狀復(fù)雜、不規(guī)則、質(zhì)量分布不均勻的剛體，理論計(jì)算它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣布不均勻的剛體，理論計(jì)算它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將非常困難、非常復(fù)雜。量將非常困難、非常復(fù)雜。內(nèi)容實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

2、1實(shí)驗(yàn)儀器2實(shí)驗(yàn)原理3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟4數(shù)據(jù)記錄和處理5實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膙掌握使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x檢驗(yàn)剛體的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)掌握使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x檢驗(yàn)剛體的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律。定律。v學(xué)會(huì)測(cè)定圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩學(xué)會(huì)測(cè)定圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩v學(xué)會(huì)作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（曲線改直法）學(xué)會(huì)作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（曲線改直法）實(shí)驗(yàn)儀器剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x通用電腦毫秒計(jì)通用電腦毫秒計(jì)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀游標(biāo)尺游標(biāo)尺砝碼砝碼 儀器儀器剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x 儀器儀器剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x：核心部分是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x：核心部分是承物臺(tái)和塔輪承物臺(tái)和塔輪承物臺(tái)承物臺(tái)遮光細(xì)棒遮光細(xì)棒塔輪塔輪光電門(mén)光電門(mén)滑滑輪輪砝砝碼碼 儀器儀器通用電腦毫

3、秒計(jì)通用電腦毫秒計(jì)實(shí)驗(yàn)原理xJJJ01 1、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)體系由承物臺(tái)和塔輪組成，空承物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)體系由承物臺(tái)和塔輪組成，空承物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，體系對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為時(shí)，體系對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J0，另有待測(cè)物，另有待測(cè)物放在承物臺(tái)上時(shí)，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：放在承物臺(tái)上時(shí)，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：若分別測(cè)出若分別測(cè)出J和和J0，則待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jx為：為：0JJJx實(shí)驗(yàn)原理JMMT剛體系受剛體系受外力矩外力矩有：繩子的張力作用力矩有：繩子的張力作用力矩MT和摩擦力矩和摩擦力矩M 。由轉(zhuǎn)動(dòng)定律知：由轉(zhuǎn)動(dòng)定律知： 為角加速度。為角加速度。即：即：JMmgr可見(jiàn)，測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可

4、見(jiàn)，測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J的的關(guān)鍵是測(cè)量角加速度和關(guān)鍵是測(cè)量角加速度和摩擦力矩！摩擦力矩！J 是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 是角加速度，是角加速度，m 是下落砝碼的質(zhì)量，是下落砝碼的質(zhì)量，r 是繞線輪的半徑，是繞線輪的半徑，M 是摩擦力矩是摩擦力矩。實(shí)驗(yàn)原理2021tt單角度設(shè)置法測(cè)量剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩轉(zhuǎn)動(dòng)中，摩擦力矩不變，轉(zhuǎn)動(dòng)視為勻變速轉(zhuǎn)動(dòng)，有：轉(zhuǎn)動(dòng)中，摩擦力矩不變，轉(zhuǎn)動(dòng)視為勻變速轉(zhuǎn)動(dòng)，有：將隨剛體一起轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，并從將隨剛體一起轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，并從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，即使初角速度靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，即使初角速度 0= 0，則：，則： 22t實(shí)驗(yàn)原理JMmgrMtJ

5、mgr22ckmtgrMutgrJ2211222tckmt21 m和和1/t 呈線性關(guān)系，以呈線性關(guān)系，以m為縱坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，以1/t2 為橫坐標(biāo)，作出為橫坐標(biāo)，作出m 1/t2曲線（這種處理數(shù)曲線（這種處理數(shù)據(jù)的方法稱(chēng)為據(jù)的方法稱(chēng)為曲線改直法曲線改直法）2/kgrJ CgrM如果各點(diǎn)連線是一條直線，就驗(yàn)證了轉(zhuǎn)動(dòng)定律，并如果各點(diǎn)連線是一條直線，就驗(yàn)證了轉(zhuǎn)動(dòng)定律，并可由直線斜率可由直線斜率k和截距和截距c求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩：求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩：實(shí)驗(yàn)原理grJk/2grMC/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1 1）調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，承物臺(tái)水平，轉(zhuǎn)軸垂直底座，承物臺(tái)水平，轉(zhuǎn)軸垂直底座，定滑輪滑槽與

6、塔輪半徑垂直，調(diào)整塔輪和定滑輪之定滑輪滑槽與塔輪半徑垂直，調(diào)整塔輪和定滑輪之間拉線成水平狀態(tài)；間拉線成水平狀態(tài)；2 2）承物臺(tái)空載承物臺(tái)空載，接通和調(diào)整好毫秒計(jì)（預(yù)置圈數(shù)，接通和調(diào)整好毫秒計(jì)（預(yù)置圈數(shù)N），將遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，使塔輪在砝碼作），將遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，使塔輪在砝碼作用下從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記下時(shí)間用下從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記下時(shí)間t，重復(fù)測(cè)時(shí)三次，重復(fù)測(cè)時(shí)三次，記錄測(cè)量結(jié)果；砝碼重量從記錄測(cè)量結(jié)果；砝碼重量從20g逐步增加到逐步增加到55g，每次增加每次增加5g5g。毫秒計(jì)設(shè)置毫秒計(jì)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟3 3）在承物臺(tái)上放上圓盤(pán)在承物臺(tái)上放上圓盤(pán)，接通和調(diào)整好毫秒計(jì)，接通和調(diào)整好毫秒計(jì)，塔

7、輪在砝碼作用下從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記下時(shí)間塔輪在砝碼作用下從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記下時(shí)間t ，重復(fù)測(cè)時(shí)三次；砝碼重量從重復(fù)測(cè)時(shí)三次；砝碼重量從20g逐步增加到逐步增加到55g，每，每次增加次增加5g，記錄結(jié)果；，記錄結(jié)果；操作要點(diǎn)1、拉線要與繞線塔輪水平，且相切。、拉線要與繞線塔輪水平，且相切。2、要確保初角速度為、要確保初角速度為0數(shù)據(jù)記錄和處理3 3）承物臺(tái)載荷時(shí)數(shù)據(jù)記錄承物臺(tái)載荷時(shí)數(shù)據(jù)記錄2 2）承物臺(tái)空載時(shí)數(shù)據(jù)記錄承物臺(tái)空載時(shí)數(shù)據(jù)記錄1 1）基本數(shù)據(jù)記錄：鋁質(zhì)圓盤(pán)的直徑基本數(shù)據(jù)記錄：鋁質(zhì)圓盤(pán)的直徑D和質(zhì)量和質(zhì)量m；砝；砝碼質(zhì)量，塔輪半徑碼質(zhì)量，塔輪半徑r，預(yù)置數(shù)，預(yù)置數(shù)N。4 4）在同一張坐標(biāo)紙上分別作出空載和載荷時(shí)的在同一張坐標(biāo)紙上分別作出空載和載荷時(shí)的m 1/t2直線，從圖上準(zhǔn)確讀出斜率和截距。并由公式直線，從圖上準(zhǔn)確讀出斜率和截距。并由公式算出轉(zhuǎn)