大学物理实验报告刚体转动定律

大学物理实验报告刚体转动定律 深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称: 大学物理实验 实验项目名称: 刚体转动惯量 学院: 医学院 专业: 生物医学工程 指导教师: 报告人: 学号: 班级: 实验时间: 实验报告提交时间: 教务处制 实验目的与要求: a( 掌握使用刚体转动惯量仪检验刚体的转动定律; b(学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩的; c( 学习一种处理实验数据的方法——作图法(曲线改直法); d(验证平行轴定理。 实验仪器: 1( 刚体转动惯量仪 使用方法 取走一个遮光细棒(实验中只需一个遮光细棒进行挡光计时)，将剩下的一个固定在承物台直径的某一端，并只需接通转动惯量仪的一个光电门，随着转动体系的转动，遮光细棒将通过光电门不断遮光，光电门将光信号转变成电信号，送到毫秒计的计时器的输入端，进行计时，到达预置的角度θ时，即停止计时。 2( 通用电脑毫秒计 使用方法 ? 时间输入方法 a( 接通电源，面板中A、B显示88-888888 b( 按“ * ”或“ # ”键，面板显示P-0164，此时表明输入一个脉冲记时1次，可连续输入64个脉冲 c( 再按一次“ * ”或“ # ”键，面板显示88-888888，此时仪器处于等待计时状态。 d( 依次输入脉冲，够64个脉冲后停止计时，并把各个脉冲时间储存在机内。 ? 取出时间方法 按“ * ”或“ # ”键，每按一次跳出一个时间，它的次序分别是1，2，„，64或64，64，„，1个脉冲所测的时间。若需取出其中某个脉冲的时间，按如下操作:例如按下数码01，表示第一脉冲输入，此时为计时开始，得到的显示为000.000;按下数码06，表示时间是从计时开始时间，即第一个脉冲输入的时间到第6个脉冲输入的时间间隔，得到的显示为***.***，依此类推，可以把需要的所有时间取出，并可以反复取出。 按“ 9 ”键两次仪器就又处于准备计时状态，为下次计时作好准备，并清楚前次计时;按复位键，则回到始状态。 实验原理: 承物台和塔轮固结在一起，其对转轴的转动惯量用表示，若另有待测物体(圆盘或圆J0 JJJ环)，将其放在承物台上，其总的转动惯量用表示，则=+，若分别测出和，JJJ0x0 J便可求出待测物体(圆盘或圆环)的转动惯量:=— JJJxx0 在外力矩和摩擦力矩的共同作用下，由转动定律得知:—= mgrMmgrM,J,, J式中:是转动体系的转动惯量，是角加速度，是下落砝码的质量，是绕线轮的半m,r径。由式看出:测定转动惯量的关键是角加速度，这可由下述方法确定: , 1(单角度设置法(=0)求出刚体的转动惯量和摩擦力矩 M, 12,t，,t,,,在恒力矩作用下，转动体系将作均匀变速转动，故有下列: 02式中:θ是角位移，由毫秒计先预置好数N，再由式求出预置的角位移θ，,,2,(N,1)同时毫秒计可测出转动不同的角位移θ所需的相应时间t。如果我们将随刚体一起转动的 2,,遮光细棒紧靠光电门，并从静止开始转动，即使初角速度= 0，则可推出: ,,02t ,2,mgr,J，M,用毫秒计查出所需相对应的转动时间，从而求出。并可得: ,t2t JM2,1,1从而得出:，式中:，。 m,,，,k，Ck,2,J/grC,M,/gr22grgrtt 2221/t1/t1/t 可见:和呈线性关系，以为纵坐标，以为横坐标，作出—曲线mmm(这种处理数据的方法称为曲线改直法)，如果各点的连线是一条直线，就验证了转动定 k律，并可由直线的斜率和在纵坐标轴上的截距C分别求出转动惯量和摩擦力矩为: kgr2J,1/tJ，。为求出，必须在同一张坐标纸上，分别作出空载时的—mM,,Cgrx2, 2Ck1/tCkJ直线和载荷时的m—直线，由图上分别准备读出、和、，再分别算出、000 JM,JJ和、，则算出，并与的理论值进行比较，已知圆盘转动惯量的理论值为:M,xx0 12JmR,Rm。式中:为圆盘的质量，为圆盘的半径。 x理2 方法、步骤: 1(单角度设置法(=0) ,0 (1)调节实验装置。用水准仪器调节承物台水平，使转轴垂直于底座，尽量减少摩擦。选用合适的塔轮半径。调整塔轮和定滑轮之间的拉线呈水平状态，并保持定滑轮的滑槽与所选用的塔轮半径垂直。 (2)承物台空载。接通毫秒计电源，预置数N，毫秒计复零准备，将遮光细棒紧靠光电门，轻轻放手，使(=0)，使塔轮在砝码作用下，从静止开始转动，记下时间t，,0 以后每次增加砝码5g，重复测时3次，从5g一直增加到55g，记入表5-9; (3)承物台载荷。在承物台放上圆盘，重复步骤(2)，数据记入表5-10; 22(4)在同一张坐标纸上，分别准确作出空载时的—直线和载荷时的—直线，1/t1/tmm Ck从图上准备读出、和、(这是关键，对计算结果的误差影响很大); Ck00 J(5)由公式再分别算出、、、、; JM,JM,00x (6)算出理论值，将理论值与实验值比较，算出和的相对误差，作实验讨论，JJJx理xx理 进行误差分析。 实验数据记录 1(基本数据记录 铝质圆盘:直径D= 质量m= 砝码质量:m=(5.00?0.05)g/个 钢柱质量:均刻在所用钢柱上 2(单角度设置法(=0)数据记录 ,0 表5-9 ,=_____________，r=__________________________(空载) 22m/g t/s t 1/ tt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 表5-10 ,=_____________，r=__________________________(载荷) 22m/g t/s t tt 1/ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 思考题 1(实验中产生误差的主要因素有哪些, 答: 2(本实验中拉线的张力T应是T=m(g—a)，在本实验中忽略了砝码的加速度a，这将会使转动惯量的测量结果偏大，还是偏小, 为什么, 答: 3(在本实验中，如果塔轮和定滑轮之间的拉线不是水平状态，定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直，这将会使转动惯量的测量结果偏大，还是偏小, 为什么, 答: 4(若所求出的摩擦力矩为负值，试分析可能产生的原因，并作出合理的推断，若有M, 兴趣请出实验加以验证。 深圳大学学生实验报告用纸 实验结论: 指导教师批阅意见: 成绩评定: 指导教师签字: 年 月 日 备注: 注:1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。