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1、大學物理實驗三實驗講義(二)轉(zhuǎn)動組合平臺系列設(shè)計實驗主編:劉英更新日期: 2011 年 3 月 16 日轉(zhuǎn)動組合平臺系列設(shè)計實驗剛體與質(zhì)點都是物理學研究物體運動的理想模型,選擇質(zhì)點模型還是選擇剛體模型應(yīng)視所研究的問題而定。剛體的運動一般比較復雜,平動和繞固定軸的轉(zhuǎn)動是最為簡單的兩種運動形式。 實際上, 剛體任何復雜的運動,都可以看作是平動和轉(zhuǎn)動這兩種運動的簡單的和復雜的合成。在轉(zhuǎn)動組合平臺上可以憑自己的興趣愛好和所具備的剛體運動的知識,適當組合儀器設(shè)計剛體轉(zhuǎn)動方面的實驗,如測量物體的轉(zhuǎn)動慣量、向心力,研究能量守恒定理、角動量守恒定理、平行軸定理等。平臺儀器1、轉(zhuǎn)動組合平臺ME-8951 ( 4

2、 套):轉(zhuǎn)動組合平臺ME-8951 包括: “A”型鑄鐵底座和十孔滑輪立軸(1 套),鋁軌( 1 個),300g 帶翼形螺釘和方形螺母的矩形滑塊(2套),小螺釘配件 ( 2 套),配件安裝棒 ( 1 個),光電門安裝棒(1 個), E 形環(huán)( 2 個)。2、向心力配件ME-8952 ( 4 套)向心力配件 ME-8952 包括:中心桿( 1 個),彈簧( 1 個),塑料指示盤( 1 個),側(cè)面桿( 1 個),100g 帶 3 個掛勾的重物 ( 1 個),50g 重物( 2 個),夾合式滑輪 ( 1 個),線軸(若干)。3、轉(zhuǎn)動慣量配件 ME-8953 ( 4 套)轉(zhuǎn)動慣量配件 ME-8953包

3、括:直徑25.4cm 的旋轉(zhuǎn)圓盤(1 個),外徑12.7 的圓環(huán)( 1個), 10 孔滑輪和安裝棒( 1個),旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)接器(1 個)。4、轉(zhuǎn)動傳感器CI-6538 ( 4 個)常用于測量角速度、角加速度和角位移,也可以用于測量速度、加速度和位移。5、超級滑輪ME-9450 ( 4 個)超級滑輪 ME9450 直接連在光門端頭ME-9498A 上,提供了一個簡單,低摩擦系統(tǒng) (智能滑輪)來測量位置,速度和加速度。6、砝碼及掛鉤(4 套)7、電子天平FA2004N ( 1 個,公用)該型號電子天平稱量范圍為0200g,分度值為0.1mg。8、轉(zhuǎn)動馬達ME-8955該轉(zhuǎn)動馬達可以用于驅(qū)動向心力部件

4、。該馬達需要DC 電源( SF-9582),函數(shù)發(fā)生器PI-9598)或功率放大器(CI-6552 )來供電。9、 750 數(shù)據(jù)接口( 4 套)10、帶數(shù)據(jù)處理軟件DataStudio 的計算機( 4 臺)附注:儀器的詳細使用說明請查閱相關(guān)的儀器說明書。基礎(chǔ)設(shè)計類實驗題目測量物體的轉(zhuǎn)動慣量設(shè)計內(nèi)容 :測量物體(質(zhì)點如圖 1 所示,剛體如圖 2 所示)的轉(zhuǎn)動慣量,并將其與理論值比較。圖1圖2設(shè)計要求 :1、設(shè)計一個實驗測量物體的轉(zhuǎn)動慣量,記錄實驗數(shù)據(jù);2、研究作用在物體上的外力矩與剛體轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系;3、將測量結(jié)果與理論值進行比較,分析產(chǎn)生誤差的主要原因。題目定量驗證角動量守恒定理設(shè)計內(nèi)容: 利

5、用茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅可定性觀察合外力矩為零的條件下,物體系統(tǒng)的角動量守恒LI iiI ff ;角動量守恒的物體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量變大時,角速度會變小,反之亦然。計算機實測平臺為角動量守恒實驗提供了定量的測量手段,請設(shè)計實驗方案對角動量守恒進行定量的討論。設(shè)計要求:1、物體在合外力矩為零的條件下作定軸轉(zhuǎn)動,改變物體的轉(zhuǎn)動慣量,如圖3 所示,測量物體新的角速度,并與利用角動量守恒的預(yù)測值進行比較,分析產(chǎn)生誤差的主要原因;圖 32、物體在合外力矩為零的條件下作定軸轉(zhuǎn)動,改變物體的轉(zhuǎn)動半徑,如圖4 所示,測量物體新的角速度,并與利用角動量守恒的預(yù)測值進行比較,分析產(chǎn)生誤差的主要原因;圖 43、根據(jù)上述實驗結(jié)果對角動量守恒進行分析討論。題目探尋向心力公式設(shè)計內(nèi)容: 利用控制變量法探討一個物體進行圓周運動時改變物體質(zhì)量、圓周半徑及角速度對向心力的影響,進而推導出向心力公式。設(shè)計要求:1、設(shè)計方案測量半

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