大學物理實驗報告-剛體轉動定律

深圳大學實驗報告課程名稱： 大學物理實驗 實驗項目名稱 學院 專業(yè)： 生物醫(yī)學工程 指導教師 報告人 學號: 班級： 實驗時間： 實驗報告提交時間： 教務處制實驗目的與要求：掌握使用剛體轉動慣量儀檢驗剛體的轉動定律；學會測定圓盤的轉動慣量和摩擦力矩的方法；學習一種處理實驗數(shù)據的方法——作圖法（曲線改直法）;驗證平行軸定理。實驗儀器：剛體轉動慣量儀使用方法取走一個遮光細棒（實驗中只需一個遮光細棒進行擋光計時），將剩下的一個固定在承物臺直徑的某一端，并只需接通轉動慣量儀的一個光電門，隨著轉動體系的轉動，遮光細棒將通過光電門不斷遮光，光電門將光信號轉變成電信號，送到毫秒計的計時器的輸入端，進行計時，到達預置的角度e時，即停止計時。通用電腦毫秒計使用方法時間輸入方法接通電源，面板中A、B顯示88-888888按“*”或“#”鍵，面板顯示P-0164，此時表明輸入一個脈沖記時1次，可連續(xù)輸入64個脈沖再按一次“*”或“#”鍵，面板顯示88-888888，此時儀器處于等待計時狀態(tài)。依次輸入脈沖，夠64個脈沖后停止計時，并把各個脈沖時間儲存在機內。取出時間方法按“*”或“#”鍵，每按一次跳出一個時間，它的次序分別是1，2,…，64或64，64，?，1個脈沖所測的時間。若需取出其中某個脈沖的時間，按如下操作：例如按下數(shù)碼01,表示第一脈沖輸入，此時為計時開始，得到的顯示為000.000；按下數(shù)碼06,表示時間是從計時開始時間，即第一個脈沖輸入的時間到第6個脈沖輸入的時間間隔，得到的顯示為***.***，依此類推，可以把需要的所有時間取出，并可以反復取出。按“9”鍵兩次儀器就又處于準備計時狀態(tài)，為下次計時作好準備，并清楚前次計時；按復位鍵，則回到始狀態(tài)。實驗原理：承物臺和塔輪固結在一起，其對轉軸的轉動慣量用J表示，若另有待測物體（圓盤或圓0環(huán)），將其放在承物臺上，其總的轉動慣量用J表示，則J=J+J，若分別測出J和J，0x 0便可求出待測物體（圓盤或圓環(huán)）的轉動慣量J:J=J—Jx x 0在外力矩mgr和摩擦力矩M的共同作用下，由轉動定律得知：mgr—My=邛式中：J是轉動體系的轉動慣量，卩是角加速度，m是下落砝碼的質量，r是繞線輪的半徑。由式看出：測定轉動慣量的關鍵是角加速度卩，這可由下述方法確定：單角度設置法（My=0）求出剛體的轉動慣量和摩擦力矩1在恒力矩作用下，轉動體系將作均勻變速轉動，故有下列公式：e二①t+卩訂202式中：6是角位移，由毫秒計先預置好數(shù)N,再由式e二2兀（N-1）求出預置的角位移0，同時毫秒計可測出轉動不同的角位移0所需的相應時間t。如果我們將隨剛體一起轉動的°20遮光細棒緊靠光電門，并從靜止開始轉動，即使初角速度?=0,則可推出：卩=一01220用毫秒計查出所需0相對應的轉動時間t，從而求出0。并可得：mgr=J+My12從而得出：m=型丄+My=J+C，式中：k=20J/gr，C=My/gr。gr12gr 12可見：m和1/12呈線性關系，以m為縱坐標，以1/12為橫坐標，作出m—1/12曲線（這種處理數(shù)據的方法稱為曲線改直法），如果各點的連線是一條直線，就驗證了轉動定律，并可由直線的斜率k和在縱坐標軸上的截距C分別求出轉動慣量和摩擦力矩為：J= ，My=Cgr。為求出J，必須在同一張坐標紙上，分別作出空載時的m—1/1220 x直線和載荷時的m—1/12直線，由圖上分別準備讀出C、k和C、k，再分別算出J、000Mu和J、My，則算出J，并與J的理論值進行比較，已知圓盤轉動慣量的理論值為:0 x x1J=mR2。式中：m為圓盤的質量，R為圓盤的半徑。x理2方法、步驟：1.單角度設置法（①=0）0（1） 調節(jié)實驗裝置。用水準儀器調節(jié)承物臺水平，使轉軸垂直于底座，盡量減少摩擦。選用合適的塔輪半徑。調整塔輪和定滑輪之間的拉線呈水平狀態(tài)，并保持定滑輪的滑槽與所選用的塔輪半徑垂直。（2） 承物臺空載。接通毫秒計電源，預置數(shù)N,毫秒計復零準備記錄，將遮光細棒緊靠光電門，輕輕放手，使（①=0），使塔輪在砝碼作用下，從靜止開始轉動，記下時間t，0以后每次增加砝碼5g,重復測時3次，從5g一直增加到55g，記入表5-9；（3） 承物臺載荷。在承物臺放上圓盤，重復步驟（2），數(shù)據記入表5-10；（4） 在同一張坐標紙上，分別準確作出空載時的m—1/12直線和載荷時的m—1/12直線，從圖上準備讀出C、k和C、k（這是關鍵，對計算結果的誤差影響很大）；00（5） 由公式再分別算出J、Mr、J、M卩、J；0 0 x（6）算出理論值J，將理論值與實驗值比較，算出J和J的相對誤差，作實驗討論，x理 x x理進行誤差分析。實驗數(shù)據記錄基本數(shù)據記錄鋁質圓盤：直徑D=壬日.質量m=砝碼質量：m=(5.00±0.05)g/個鋼柱質量：均刻在所用鋼柱上單角度設置法o=O)數(shù)據記錄表5-90=,r=（空載）表5-100=,r=（載荷）思考題1.實驗中產生誤差的主要因素有哪些?2?本實驗中拉線的張力T應是T=m(g—a)，在本實驗中忽略了砝碼的加速度a,這將會使轉動慣量的測量結果偏大，還是偏??？為什么？在本實驗中，如果塔輪和定滑輪之間