轉(zhuǎn)動組合平臺系列設(shè)計

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