轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量試驗(yàn)指導(dǎo)書一：留意事項(xiàng)二：扭擺法測定物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根本原理三：光電計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)試驗(yàn)儀使用指南海南大學(xué)物理試驗(yàn)室轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3一：留意事項(xiàng)/桌上的全部儀器用具。以免拉斷儀器間的連接電纜/線、轉(zhuǎn)變教師設(shè)置好的各種試驗(yàn)參數(shù)！2．試驗(yàn)完畢后必需經(jīng)任課教師檢查你所使用的試驗(yàn)儀器與用具，器具完好無損方可離開試驗(yàn)室！每套試驗(yàn)儀器的扭擺及其待測〔〕均為單配上之后不能取下來在安裝待測物體時(shí)，其支架必需全部套入扭擺的主軸并適當(dāng)旋緊對(duì)接緊固螺絲〔不行擰死作。5．更換不同待測物體時(shí)，務(wù)必完全松開對(duì)接緊固螺絲，并輕拿輕放待測物體！6．彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)K不是固定的常數(shù)，它與擺角大小略有90~30間根本一樣。為了削減試驗(yàn)的系統(tǒng)誤范圍內(nèi)且啟擺角度不行超過90或反向啟擺。7．光電探頭支架與計(jì)數(shù)儀位置不行隨便移動(dòng)，以免拉斷計(jì)數(shù)力矩。計(jì)數(shù)儀板面的各按鈕〔鍵〕只需輕輕觸碰即可，不行大力反復(fù)按壓。機(jī)座應(yīng)保持在水平狀態(tài)。二：用扭擺法測定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根本原理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的量度，是說明剛體特性的一個(gè)物理量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大〔〕有關(guān)。假設(shè)剛體外形簡潔，且質(zhì)量分布均勻，可直接計(jì)算出它繞特定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。但在工程實(shí)踐中，我們常遇到形狀簡單，且質(zhì)量分布不均勻的剛體，理論計(jì)算將極為簡單，通常承受試驗(yàn)方法來測定。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測量，一般都是使剛體以肯定形式運(yùn)動(dòng)。通過表征這種運(yùn)動(dòng)特征的物理量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系，進(jìn)展轉(zhuǎn)換測量。本試驗(yàn)使物體作扭轉(zhuǎn)搖擺，由搖擺周期及其它參數(shù)的測定算出物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！驹囼?yàn)?zāi)康摹糠€(wěn)固長度測量儀器與物理天平的試驗(yàn)技能。用扭擺測定彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)K。用扭擺測定幾種不同外形物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并與理論值進(jìn)展比較?！驹囼?yàn)儀器】FB729型型智能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合試驗(yàn)儀。由扭擺、光電計(jì)時(shí)儀及幾種待測剛體〔空心金屬圓柱體、實(shí)心塑料圓柱體、尼龍球組成?！驹囼?yàn)原理】1扭擺的構(gòu)造如圖15，用以產(chǎn)生恢復(fù)力矩。在軸上方可以裝上各種待測物體。垂直軸與支座間裝有軸承，使摩擦力矩盡可能降低。為了使垂直軸與水平面垂直，可通過底腳螺絲釘8來調(diào)整，11為水平儀，用來指示系統(tǒng)調(diào)整水平。將套在軸上的物體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過一角度后，在彈簧的恢復(fù)力矩作用下，物體就開頭繞垂直軸作來回扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。依據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩M與所轉(zhuǎn)過的角度成正比，即：MK 〔1〕式中K為彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定律：MI 〔2〕式中I為角加速度，由〔1〕與〔2〕得：KIK

2其中2

，無視軸承的摩擦力矩，則有：Id2 Kdt2

2Id2即：dt2

0此方程說明無視軸承摩擦力的扭擺運(yùn)動(dòng)是角簡諧振動(dòng)：角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解為：Acos(t)式中A為簡諧振動(dòng)的角振幅為角頻率。此簡諧振動(dòng)的周期為：T2ω

2

IK〔3IKTI和K試驗(yàn)過程中可選用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I的物體〔幾何外形規(guī)章，依據(jù)它的質(zhì)量和幾何尺寸用理論公式計(jì)算得到I和周期T式即可求算出彈簧的K儀器頂部的各種夾具上，測定其搖擺周期，由公式〔3〕即可計(jì)算出該物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！驹囼?yàn)儀器】FB729型型智能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合試驗(yàn)儀。由扭擺、光電計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)儀及幾種待測剛體〔空心金屬圓柱體、實(shí)心塑料圓柱體、尼龍球〕組成?！驹囼?yàn)內(nèi)容】認(rèn)真閱讀、領(lǐng)悟試驗(yàn)操作“留意事項(xiàng)生疏扭擺的構(gòu)造、使用方法，把握FB729型智能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合試驗(yàn)儀的操作要領(lǐng)。測定扭擺彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。測定金屬轉(zhuǎn)盤、塑料圓柱、金屬圓筒、尼龍球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！驹囼?yàn)步驟】用游標(biāo)卡尺和天平分別測出待測圓柱體的質(zhì)量和直徑，數(shù)據(jù)填入表1。調(diào)整扭擺基座底腳螺絲，使水準(zhǔn)儀中氣泡居中。裝上金屬載物盤，調(diào)整光電探頭的位置。要求光電探頭放置在擋光棒的平衡位置處，使載物盤上的擋光棒處于光電探頭的中心，且能遮住放射和接收紅外線的小孔。4．把光電計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)儀的功能設(shè)置為“周期”測量，把周期次數(shù)設(shè)置為10，設(shè)置完畢。按一下“復(fù)位”按鈕，先用手指輕推轉(zhuǎn)盤使其偏離平衡位置約90，再輕按一下光電計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)儀面板上的“執(zhí)行”按鈕，松手讓載物盤來回?fù)u擺，測定空載物盤的搖擺周期T 。0102中。擰松轉(zhuǎn)盤上的檔光棒，將塑料圓柱體垂直放在載物盤上并擰緊檔光棒，檔光棒千萬不要擰的太緊以免滑絲。重復(fù)步驟4，測出搖擺周期T 。1用金屬圓筒代替塑料圓柱體，測出搖擺周期T 。2取下轉(zhuǎn)盤，裝上尼龍球，測出搖擺周期T3

〔選做〕【數(shù)據(jù)記錄】1圓柱體直徑與質(zhì)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄參考表112345678910D〔m〕M(kg)備注D=;M=;I1MD2182轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測定試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄參考表物體物體名稱質(zhì)量(kg)幾何尺寸(102m)周期(s)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值(104kgm2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量試驗(yàn)值(104kgm2)備注轉(zhuǎn)盤10T0I 0KT2420T0見表1

10T1

1I mD21 8

KT2I 11 42

I 0T1圓筒10T2

KT2I 2I2 42 0T2尼龍球10T3

KT2I 3

I3 42 3TT3注：球支座轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： I”0.179104kgm23【試驗(yàn)結(jié)果】扭轉(zhuǎn)常數(shù)K的求算：利用轉(zhuǎn)盤空載時(shí)的搖擺周期T0

和在轉(zhuǎn)盤上放置塑料圓柱體時(shí)的搖擺周期T11

的試驗(yàn)值結(jié)合塑料圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論值I1

1

MD2來確定K值：8設(shè)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I，則由公式〔3〕得：IoIoI I”0 1T0 或

I T20 0 T1則扭轉(zhuǎn)常數(shù)為： K42

I”1I1T2T21 0

T2T21 0因此，測出T,T0 1

，即可得到K值。IIII試驗(yàn)結(jié)果：0 1 2 3KT2I 00 42

；I=0KT2I 11 42

I ；I=0 1I 22 42

I= ；I =0 2KT2I 33 42

I3

I= 〔選做〕3三：計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)毫秒儀使用指南FB213A計(jì)時(shí)儀內(nèi)設(shè)單片機(jī)芯片，經(jīng)適當(dāng)編程，具有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)和查詢功能?？捎糜趩螖[、氣墊導(dǎo)軌、馬達(dá)轉(zhuǎn)速測量、生產(chǎn)線產(chǎn)品計(jì)數(shù)、產(chǎn)品厚度測量、車輛運(yùn)動(dòng)速度測量及體育競賽計(jì)時(shí)等諸多與計(jì)時(shí)相關(guān)的試驗(yàn)。該毫秒儀通用性強(qiáng)，可以與多種傳感器連接，用不同的傳感器掌握毫秒儀的啟動(dòng)和停頓，從而適應(yīng)不同試驗(yàn)條件下計(jì)時(shí)的需要。毫秒儀量程可依據(jù)試驗(yàn)需要進(jìn)展切換：99.999s區(qū)分率1ms9.9999s區(qū)分率0.1ms，由儀器面板“量程”按鈕進(jìn)展轉(zhuǎn)換時(shí)”功能狀態(tài)；周期與計(jì)數(shù)功能由面板“功能”按鈕轉(zhuǎn)換：周期指示燈亮，儀器面板左窗口二位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮，儀器進(jìn)入“周期”計(jì)數(shù)功能：在此功能下，可預(yù)置測量周期個(gè)數(shù)：依據(jù)實(shí)驗(yàn)需要周期設(shè)置范圍從1~99當(dāng)顯示數(shù)到達(dá)1以后接著就返回到設(shè)置數(shù)值，此時(shí)計(jì)數(shù)停頓。有兩種工作方式：周期方式和計(jì)數(shù)方式，在兩種方式下均有存貯和查詢功能。在周工作。在每個(gè)周期完畢時(shí)，顯示并存貯該周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，在預(yù)設(shè)周期數(shù)執(zhí)行完后，顯示并存貯總時(shí)間值，然后退出執(zhí)行狀態(tài)。在周期或計(jì)時(shí)方式下，逐次按“查詢”鍵，則依次顯示出各周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，在最終周期顯示出總時(shí)間值，在預(yù)設(shè)周期完后，則停頓查詢。按“復(fù)位”鍵，除了預(yù)設(shè)周期值恢復(fù)原設(shè)置，時(shí)間顯示清零之外，還有退