大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)2.4-用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第1節(jié)背景介紹與實(shí)驗(yàn)原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理和方法；2.觀測(cè)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨其質(zhì)量、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸不同而改變的情況，驗(yàn)證平行軸定理；3.學(xué)會(huì)使用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量角加速度。背景知識(shí)一、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度

意義：一個(gè)物體對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性背景知識(shí)背景知識(shí)背景知識(shí)2.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的兩個(gè)相關(guān)定理

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背景知識(shí)3.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量常用測(cè)量方法形狀規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的剛體：理論計(jì)算形狀復(fù)雜、質(zhì)量分布不均勻的剛體：儀器測(cè)定雙線擺扭擺三線擺恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀背景知識(shí)二、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律意義：合外力矩對(duì)歸納剛體的瞬時(shí)作用規(guī)律測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理：測(cè)量已知量M、β，計(jì)算求J

實(shí)驗(yàn)原理

一、恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理二、β的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)原理三、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值及平行軸定理

用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第2節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇實(shí)驗(yàn)儀器需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器：DH0301A智能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x及附件、DHTC-1A通用計(jì)數(shù)器、水平儀、游標(biāo)卡尺、米尺。實(shí)驗(yàn)儀器1.DH0301A智能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x（1）塔輪半徑R：15mm、20mm、25mm、30mm（2）載物臺(tái)圓心與試樣插入孔中心的間距d：50mm、75mm（3）砝碼：50g、5g、10g、20g實(shí)驗(yàn)儀器2.DHTC-1A通用計(jì)數(shù)器測(cè)量功能：周期測(cè)量、脈寬測(cè)量、秒表計(jì)時(shí)、自由落體測(cè)量、角加速度測(cè)量等液晶顯示器系統(tǒng)復(fù)位鍵功能鍵光電門1接口光電門2接口電磁鐵輸入接口實(shí)驗(yàn)儀器3.游標(biāo)卡尺使用方法：讀數(shù)結(jié)果L=主尺上的整數(shù)部分+副尺上的小數(shù)部分不需要估讀！實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法ObjectiveOperationObservationRecord1調(diào)整儀器，使之達(dá)到測(cè)量狀態(tài)a.在桌面上放置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x，滑輪支架放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面邊緣，調(diào)整滑輪高度及方位。使輪槽與塔輪（選擇R=15mm）槽等高，并使繞線與塔輪相切。b.實(shí)驗(yàn)儀的一個(gè)光電門與計(jì)數(shù)器傳感器I接口連接，另一個(gè)光電門備用。擋光棒旋轉(zhuǎn)時(shí)是否能有效觸發(fā)光電門。c.計(jì)數(shù)器弧度設(shè)置為π（有兩根擋光棒且180度分布），測(cè)量次數(shù)設(shè)為50，準(zhǔn)備測(cè)量。50實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法ObjectiveOperationObservationRecord2測(cè)定空實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a.選取50g砝碼。將細(xì)線一端卡入選定塔輪上的開口處，轉(zhuǎn)動(dòng)塔輪，使細(xì)線不重疊地密繞于選定半徑塔輪上，用手托住砝碼。b.按計(jì)數(shù)器確認(rèn)鍵，釋放砝碼（*釋放時(shí)，擋光棒不要離光電門太近，以免誤觸）擋光棒旋轉(zhuǎn)時(shí)是否能有效觸發(fā)光電門。c.計(jì)時(shí)完畢，更換砝碼質(zhì)量并重復(fù)步驟。記錄計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)據(jù)B1和B2，計(jì)算J1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法測(cè)量空實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)據(jù)記錄表砝碼總質(zhì)量m1=50gm2=55gm3=65g數(shù)據(jù)組β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)β1/(rad/s2)β2/(rad/s2)123平均值J1塔輪半徑R=15mm實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法ObjectiveOperationObservationRecord3測(cè)定圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a.讀圓盤質(zhì)量m圓盤，用游標(biāo)卡尺和米尺測(cè)量其直徑D圓盤。記錄m圓盤、D圓盤。b.將圓盤放在載物臺(tái)上，并使試樣幾何中心軸與轉(zhuǎn)軸中心重合。c.按空實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)量方法，更換砝碼質(zhì)量并重復(fù)步驟。記錄計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)據(jù)B3和B4，計(jì)算J2、J3及誤差百分比實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)加圓盤試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)據(jù)記錄表圓盤參數(shù)D圓盤=________mm,m圓盤=________g砝碼總質(zhì)量m1=50gm2=55gm3=65g數(shù)據(jù)組β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理論值J3’誤差百分比塔輪半徑R=15mm實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法ObjectiveOperationObservationRecord4測(cè)定圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a.讀圓環(huán)質(zhì)量m圓環(huán)，用游標(biāo)卡尺和米尺測(cè)量其直徑D外和D內(nèi)。記錄m圓環(huán)、D外和D內(nèi)。b.將圓環(huán)放在載物臺(tái)上，并使試樣幾何中心軸與轉(zhuǎn)軸中心重合。c.按空實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)量方法，更換砝碼質(zhì)量并重復(fù)步驟。記錄計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)據(jù)B3和B4，計(jì)算J2、J3及誤差百分比實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)加圓環(huán)試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)據(jù)記錄表圓環(huán)參數(shù)D外=________mm,D內(nèi)=________mm,m圓環(huán)=________g砝碼總質(zhì)量m1=50gm2=55gm3=65g數(shù)據(jù)組β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理論值J3’誤差百分比塔輪半徑R=15mm實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法ObjectiveOperationObservationRecord5驗(yàn)證平行軸定理a.將兩個(gè)小圓柱對(duì)稱地插入載物臺(tái)上的圓孔中，選擇d=50mm和d=75mm的一對(duì)對(duì)稱孔。b.按空實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)量方法，更換砝碼質(zhì)量并重復(fù)步驟。記錄計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)據(jù)B3和B4，計(jì)算J2、J3及誤差百分比6不同的塔輪半徑R的測(cè)量選擇不同塔輪半徑R，重復(fù)1~5步。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)加圓柱試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)據(jù)記錄表圓柱參數(shù)D圓柱=________mm,m圓柱=________g,轉(zhuǎn)軸距離d=________mm砝碼總質(zhì)量m1=50gm2=55gm3=65g數(shù)據(jù)組β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)β4/(rad/s2)β3/(rad/s2)123平均值J2J3=J2-J1理論值J3’誤差百分比塔輪半徑R=15mm數(shù)據(jù)處理及要求1.計(jì)算待測(cè)圓盤、圓環(huán)和圓柱繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并計(jì)算測(cè)量值與理論值的相對(duì)誤差百分比（直接填入表中）。2.根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證平行軸定理。用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第3節(jié)附錄大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇分析與思考1.設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J0，當(dāng)有M1的部分質(zhì)量遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)距離d后，體系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)镴=J0+M1d2，試用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證該平行軸定理。提示：①

初轉(zhuǎn)動(dòng)體系：空實(shí)驗(yàn)臺(tái)+圓柱，且圓柱位于d=50mm的對(duì)稱孔處，測(cè)量此時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；②