刚体转动惯量测定实验精

1、刚体转动惯量测定实验刚体转动惯量简介 理论基础实验装置 实验原理实验内容及操作步骤 注意事项数据处理 思考与论刚体转动惯量简介刚体转动惯量简介 转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度。它取决于刚体的总质量，质量分布、形状大小和转轴位置。对于形状简单，质量均匀分布的刚体，可以通过数学方法计算出它绕特定转轴的转动惯量，但对于形状比较复杂，或质量分布不均匀的刚体，用数学方法计算其转动惯量是非常困难的，因而大多采用实验方法来测定。 转动惯量的测定，在涉及刚体转动的机电制造、航空、航天、航海、军工等工程技术和科学研究中具有十分重要的。实验上测定刚体的转动惯量，一般都是使刚体以某一形式运动，通过描述这种运动的

2、特定物理量与转动惯量的关系来间接地测定刚体的转动惯量。测定转动惯量常采用扭摆法或恒力矩转动法 ，本实验是利用“刚体转动惯量实验仪”来测定刚体的转动惯量。为了便于与理论计算比较，实验中仍采用形状规则的刚体。 理论基理论基础础刚体的转动定律是刚体转动的动力学规律，与牛顿第二定律相对应，作用力 相应为作用力矩 ，加速度 相应为角加速度 , ,而质量则相应为刚体的转动惯量。 maF JM FMa实验装置实验装置智能刚体转动惯量测定仪特点：利用MCS51MCS51单片机测量转动周期，并由单片机汇编语言程序计算和显示出刚体的角加速度，与以前秒表计时方式比较不仅提高了测量精度，又减少了实验过程中的许多计算环

3、节。实验原理实验原理 1mgTma 022TrLJ 23ar 041LJ2202121mgrJmr 、空实验台的转动惯量1J 、加试样后实验台的转动惯量为： 2J3442)(RgmRJ34分别为加砝码前、后实验台的角加速度。3. 3. 试样的转动惯量为： 20JJJ 4. 4. 角加速度的测量表达式： nmmnnmmntttttktk22)(2 kt为计数器遮挡的次数和相应的时间 实验内容及操作步骤 实验内容实验内容测量刚体转动测试仪空台、圆环和圆盘的转动惯量。测量圆柱体在载物台上与中心距离为d d的圆孔中的转 动惯量。了解数据处理的方法。 操作步骤操作步骤正确连接电路，调试转动惯量测试仪；测

4、量并计算实验台的转动惯量 测量并计算实验台放上试样后的转动惯量验证平行轴定理 注意绕线和制动测试盘时的安全，不要让遮注意绕线和制动测试盘时的安全，不要让遮光片划伤手光片划伤手。记录数据时要剔除错误的数据记录数据时要剔除错误的数据。数据处理时注意作图法处理数据的基本要求数据处理时注意作图法处理数据的基本要求 注意事项数 据 处 理 1 1、测量刚体转动测试仪空台、圆环和圆盘的转动惯量，测量值与理论值相比较，得出测量误差 。2、验证平行轴定理 2d将小圆柱分别放在离转轴5cm,7.5cm,10cm5cm,7.5cm,10cm处，测得此时系统的转动惯量J J值, ,并将其与 相比较，从而验证平行轴定

5、理。作图法处理数据的基本要求思考与讨论思考与讨论1、采用本实验测量方法，对测量试样的转动惯量 的大小有什么要求吗？ 2、为什么测量角加速度时在一次测量中测出？3、本实验是如何检验转动定律和平行轴定理的 ?4、本实验方法为什么可以不考虑滑轮的质量及 其转动惯量?2-3 作图法处理实验数据 作图法可形象、直观地显示出物理量之间的函数关系，也可用来求某些物理参数，因此它是一种重要的数据处理方法。作图时要先整理出数据表格，并要用坐标纸作图。U (V )0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I (mA)2.004.016.228.209.7512.00 13.9

6、9 15.92 18.00 20.011.选择合适的坐标分度值，确定坐标纸的大小选择合适的坐标分度值，确定坐标纸的大小 坐标分度值的选取应能反映测量值的有效位数，一般以坐标分度值的选取应能反映测量值的有效位数，一般以 12mm对应于测量仪表的仪表误差。对应于测量仪表的仪表误差。 根据表数据根据表数据U 轴可选轴可选1mm对应于对应于0.10V，I 轴可选轴可选1mm对应于对应于0.20mA，并可定，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围）坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围） 约为约为130mm130mm。作图步骤作图步骤：实验数据列表如下：实验数据列表如下. 表表1：伏安法测电阻实验

7、数据：伏安法测电阻实验数据2-3 作图法处理实验数据2. 标明坐标轴：标明坐标轴： 用粗实线画坐标轴，用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位轴的名称或符号、单位,再按顺序标出坐标轴整分再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 连成图线：连成图线： 用直尺、曲线板等把用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。点连成直线、光滑曲线。一般不强求直线或

8、曲线通一般不强求直线或曲线通过每个实验点，应使图线过每个实验点，应使图线线正穿过实验点时可以在线正穿过实验点时可以在两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图点处断开。点处断开。3.标实验点标实验点： 实验点可用实验点可用“ ”、 “ ”、“ ”等符号标等符号标出（同一坐标系下不同曲出（同一坐标系下不同曲线用不同的符号线用不同的符号）。）。 2-3 作图法处理实验数据5.标出图线特征：标出图线特征： 在图上空白位置标明在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的实验条件或从图上得出的某些参数。如利用所绘直某些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻线可给出被

9、测电阻R大小：大小：从从所绘所绘直线直线上读取两点上读取两点 A、B 的坐标就可求出的坐标就可求出 R 值。值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00电阻伏安特性曲线电阻伏安特性曲线6.标出图名：标出图名： 在图线下方或空白位在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些置写出图线的名称及某些必要的说明。必要的说明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由图上由图上A、B两点可得被测电阻两点可得被测电阻R为：为：)k(379.

10、 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUUR至此一张图才算完成至此一张图才算完成2-3 作图法处理实验数据不当图例展示不当图例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图图图1曲线太粗，不曲线太粗，不均匀，不光滑均匀，不光滑。应该用直尺、曲应该用直尺、曲线板等工具把实线板等工具把实验点连成光滑、验点连成光滑、均匀的细实线。均匀的细实线。2-3 作图法处理实验数据n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.68

11、00600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图改正为改正为：2-3 作图法处理实验数据图图2I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线电学元件伏安特性曲线横轴坐标分度选取横轴坐标分度选取不当。不当。横轴以横轴以3 cm 代代表表1 V，使作图和读图都使作图和读图都很困难。实际在选择坐标很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和数字的要求又便于作图和读图，读图，一般以一般以1 mm 代代表的量值是表的量值是10的整数

12、的整数次幂或是其次幂或是其2倍或倍或5倍。倍。2-3 作图法处理实验数据I (mA)U (V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线电学元件伏安特性曲线改正为：改正为：2-3 作图法处理实验数据定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线1.20001.60000.80000.4000图图3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00图纸使用不当图纸使用不当。实际作图时，实际作图时，坐标原点的读坐标原点的读数可以不从零数可以不从零开

13、始开始。2-3 作图法处理实验数据定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正为：改正为：实验内容及操作步骤 实验内容实验内容测量刚体转动测试仪空台、圆环和圆盘的转动惯量。测量圆柱体在载物台上与中心距离为d d的圆孔中的转 动惯量。了解数据处理的方法。 操作步骤操作步骤正确连接电路，调试转动惯量测试仪；测量并计算实验台的转动惯量 测量并计算实验台放上试样后的转动惯量验证平行轴定理 2-3 作图法处理实验数据2. 标明坐标轴：标明坐标轴： 用粗实线画坐标轴，用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位轴的名称或符号、单位,再按顺序标出坐标轴整分再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 连成图线：连成图线： 用直尺、曲线板等把用直尺、曲线板等把点连成直线、光