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刚体转动惯量的测量

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刚体转动惯量的测量 - PowerPoint PPT Presentation


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普通物理实验. 刚体转动惯量的测量. 相关知识. 转动惯量是刚体在转动时惯性大小的量度。它与刚体的总质量、质量分布、形状大小和转轴的位置有关。对于形状简单、规则、质量分布均匀的刚体,可以通过数学方法计算它绕定轴的转动惯量,而对于形状复杂、不规则、质量分布不均匀的刚体,理论计算它的转动惯量将非常困难、非常复杂。. 实验目的. 1. 实验仪器. 2. 实验原理. 数据记录和处理. 3. 5. 实验内容及步骤. 4. 内容. 实验目的. 掌握使用转动惯量仪检验刚体的刚体转动定律。 学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩 学会作图法处理实验数据(曲线改直法).

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Presentation Transcript
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相关知识

转动惯量是刚体在转动时惯性大小的量度。它与刚体的总质量、质量分布、形状大小和转轴的位置有关。对于形状简单、规则、质量分布均匀的刚体,可以通过数学方法计算它绕定轴的转动惯量,而对于形状复杂、不规则、质量分布不均匀的刚体,理论计算它的转动惯量将非常困难、非常复杂。

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实验目的

1

实验仪器

2

实验原理

数据记录和处理

3

5

实验内容及步骤

4

内容
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实验目的
  • 掌握使用转动惯量仪检验刚体的刚体转动定律。
  • 学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩
  • 学会作图法处理实验数据(曲线改直法)
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刚体转动惯量仪

通用电脑毫秒计

水准仪

游标尺

砝码

实验仪器
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仪器

刚体转动惯量仪

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承物台

光电门

遮光细棒

滑轮

塔轮

砝码

仪器

刚体转动惯量仪:核心部分是承物台和塔轮

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仪器

通用电脑毫秒计

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实验原理

1、刚体的转动惯量

转动体系由承物台和塔轮组成,空承物台转动时,体系对转轴的转动惯量为J0,另有待测物放在承物台上时,总转动惯量为:

若分别测出J和J0,则待测物体的转动惯量Jx为:

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实验原理

刚体系受外力矩有:绳子的张力作用力矩MT和摩擦力矩M。由转动定律知:

为角加速度。

即:

J是转动体系的转动惯量,

是角加速度,

m是下落砝码的质量,

r是绕线轮的半径,

M是摩擦力矩。

可见,测量转动惯量J的关键是测量角加速度和摩擦力矩!

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实验原理

单角度设置法测量刚体的转动惯量和摩擦力矩

转动中,摩擦力矩不变,转动视为匀变速转动,有:

将随刚体一起转动的遮光细棒紧靠光电门,并从静止开始转动,即使初角速度0= 0,则:

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实验原理

m和1/t²呈线性关系,以m为纵坐标,以1/t2为横坐标,作出m— 1/t2曲线(这种处理数据的方法称为曲线改直法)

如果各点连线是一条直线,就验证了转动定律,并可由直线斜率k和截距c求出转动惯量和摩擦力矩:

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实验内容和步骤

1)调节实验装置,承物台水平,转轴垂直底座,定滑轮滑槽与塔轮半径垂直,调整塔轮和定滑轮之间拉线成水平状态;

2)承物台空载,接通和调整好毫秒计(预置圈数N),将遮光细棒紧靠光电门,使塔轮在砝码作用下从静止开始转动,记下时间t,重复测时三次,记录测量结果;砝码重量从20g逐步增加到55g,每次增加5g。

毫秒计设置

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实验内容和步骤

3)在承物台上放上圆盘,接通和调整好毫秒计,塔轮在砝码作用下从静止开始转动,记下时间t ,重复测时三次;砝码重量从20g逐步增加到55g,每次增加5g,记录结果;

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操作要点

1、拉线要与绕线塔轮水平,且相切。

2、要确保初角速度为0

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数据记录和处理

1)基本数据记录:铝质圆盘的直径D和质量m;砝码质量,塔轮半径r,预置数N。

2)承物台空载时数据记录

3)承物台载荷时数据记录

4)在同一张坐标纸上分别作出空载和载荷时的m— 1/t2直线,从图上准确读出斜率和截距。并由公式算出转动惯量和摩擦力矩。

5)算出圆盘转动惯量的理论值,并与实验值比较,算出相对误差。

作业: 思考题 1.2.3.

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