文档介绍：实验5-15用扭摆法测定物体转动惯量
实验讲义

实验5-15用扭摆法测定物体转动惯量
(一)教学基本要求
学会用扭摆法测量物体转动惯量的原理和方法。
了解转动惯量的平行轴定理,理解“对称法”验证平行轴定理的实验思想,学会验证平行轴定理的实验方法。
掌握定标测量思想方法。
学会转动惯量测试仪的使用方法。
学会测量时间的累积放大法。
掌握不确定度的估算方法。
(二)讲课提纲

转动惯量是表征转动物体惯性大小的物理量,是研究、设计、控制转动物体运动规律的重要工程技术参数。如钟表摆轮、精密电表动圈的体形设计、枪炮的弹丸、电机的转子、机器零件、导弹和卫星的发射等,都不能忽视转动惯量的大小。因此测定物体的转动惯量具有重要的实际意义。刚体的转动惯量与刚体的质量分布、形状和转轴的位置都有关系。对于形状较简单的刚体,可以通过计算求出它绕定轴的转动惯量,但形状较复杂的刚体计算起来非常困难,通常采用实验方法来测定。

(1)基本原理
转动惯量的测量,基本实验方法是转换测量,使物体以一定的形式运动,通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系,进行转换测量。
扭摆的构造
1-垂直轴,2-蜗簧,3-水平仪
实验中采用扭摆法测量不同形状物体的转动惯量,就是使物体摆动,测量摆动周期,通过物体摆动周期T与转动惯量I的关系来测量转动惯量。
(2)间接比较法测量,确定扭转常数K
已知标准物体的转动惯量I1,被测物体的转动惯量I0;被测物体的摆动周期T0,标准物体被测物体的摆动周期T1。通过间接比较法可测得
也可以确定出扭转常数K
定出仪器的扭转常数k值,测出物体的摆动周期T,就可计算出转动惯量I。
(3)“对称法”验证平行轴定理
平行轴定理:若质量为m的物体(小金属滑块)绕通过质心轴的转动惯量为I0时,当转轴平行移动距离x时,则此物体的转动惯量变为I0+mx2。为了避免相对转轴出现非对称情况,由于重力矩的作用使摆轴不垂直而增大测量误差。实验中采用两个金属滑块辅助金属杆的对称测量法,验证金属滑块的平行轴定理。这样,I0为两个金属滑块绕通过质心轴的转动惯量,m为两个金属滑块的质量,杆绕摆轴的转动惯量I杆,当转轴平行移动距离x时(实际上移动的是通过质心的轴),测得的转动惯量
I=I杆+I0+mx2
两个金属滑块的转动惯量
Ix=I-I杆=I0+mx2
(4)光电转换测量周期
光电门和电脑计数器组成光电计时系统,测量摆动周期。光电门(光电传感器)由红外发射管和红外接受管构成,将光信号转换为脉冲电信号,送入电脑计数器测量周期(计数测量时间)。

(1)实验方法:测量物体转动惯量的扭摆法。
(2)测量方法:力学基本量长度、质量和时间的基本测量方法;测量摆动周期的累加放大法。
(3)数据处理方法:判断理论和实验是否相符的作图法。
(4)仪器调整使用方法:测量长度、质量和时间的基本仪器的正确调节和使用方法;转动惯量测试仪的调整使用方法。

(1)做实验前仔细阅读“实验指示牌”中各项内容,并且贯彻在自己的实验中。
(2)自己阅读教材和仪器使用说明书,学会测量仪器的使用。
(3)累加放大法测量摆动周期T,10个周期一测,测量5次。
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