1、深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱(chēng)： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)： 剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 學(xué)院： 醫(yī)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 教務(wù)處制實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：a 掌握使用剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x檢驗(yàn)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)定律；b 學(xué)會(huì)測(cè)定圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩的方法；c 學(xué)習(xí)一種處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法作圖法（曲線改直法）；d 驗(yàn)證平行軸定理。實(shí)驗(yàn)儀器：1 剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x使用方法取走一個(gè)遮光細(xì)棒（實(shí)驗(yàn)中只需一個(gè)遮光細(xì)棒進(jìn)行擋光計(jì)時(shí)），將剩下的一個(gè)固定在承物臺(tái)直徑的某一端，并只需接通轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)x的一個(gè)光電門(mén)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)體系的轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光細(xì)棒將通過(guò)光電門(mén)不斷遮光，光電

2、門(mén)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，送到毫秒計(jì)的計(jì)時(shí)器的輸入端，進(jìn)行計(jì)時(shí)，到達(dá)預(yù)置的角度時(shí)，即停止計(jì)時(shí)。2 通用電腦毫秒計(jì)使用方法 時(shí)間輸入方法a 接通電源，面板中A、B顯示88-888888b 按“ * ”或“ # ”鍵，面板顯示P-0164，此時(shí)表明輸入一個(gè)脈沖記時(shí)1次，可連續(xù)輸入64個(gè)脈沖c 再按一次“ * ”或“ # ”鍵，面板顯示88-888888，此時(shí)儀器處于等待計(jì)時(shí)狀態(tài)。d 依次輸入脈沖，夠64個(gè)脈沖后停止計(jì)時(shí)，并把各個(gè)脈沖時(shí)間儲(chǔ)存在機(jī)內(nèi)。 取出時(shí)間方法按“ * ”或“ # ”鍵，每按一次跳出一個(gè)時(shí)間，它的次序分別是1，2，64或64，64，1個(gè)脈沖所測(cè)的時(shí)間。若需取出其中某個(gè)脈沖的時(shí)間，按

3、如下操作：例如按下數(shù)碼01，表示第一脈沖輸入，此時(shí)為計(jì)時(shí)開(kāi)始，得到的顯示為000.000；按下數(shù)碼06，表示時(shí)間是從計(jì)時(shí)開(kāi)始時(shí)間，即第一個(gè)脈沖輸入的時(shí)間到第6個(gè)脈沖輸入的時(shí)間間隔，得到的顯示為*.*，依此類(lèi)推，可以把需要的所有時(shí)間取出，并可以反復(fù)取出。按“ 9 ”鍵兩次儀器就又處于準(zhǔn)備計(jì)時(shí)狀態(tài)，為下次計(jì)時(shí)作好準(zhǔn)備，并清楚前次計(jì)時(shí)；按復(fù)位鍵，則回到始狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)原理：承物臺(tái)和塔輪固結(jié)在一起，其對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用表示，若另有待測(cè)物體（圓盤(pán)或圓環(huán)），將其放在承物臺(tái)上，其總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用表示，則=+，若分別測(cè)出和，便可求出待測(cè)物體（圓盤(pán)或圓環(huán)）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：= 在外力矩和摩擦力矩的共同作用下，由轉(zhuǎn)動(dòng)定律得知

4、：=式中：是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是角加速度，是下落砝碼的質(zhì)量，是繞線輪的半徑。由式看出：測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)鍵是角加速度，這可由下述方法確定：1單角度設(shè)置法（=0）求出剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩在恒力矩作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)體系將作均勻變速轉(zhuǎn)動(dòng)，故有下列公式：式中：是角位移，由毫秒計(jì)先預(yù)置好數(shù)N，再由式求出預(yù)置的角位移，同時(shí)毫秒計(jì)可測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角位移所需的相應(yīng)時(shí)間t。如果我們將隨剛體一起轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，并從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，即使初角速度= 0，則可推出：用毫秒計(jì)查出所需相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，從而求出。并可得：從而得出：，式中：，。 可見(jiàn)：和呈線性關(guān)系，以為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，作出曲線（這種處理數(shù)據(jù)的方法稱(chēng)

5、為曲線改直法），如果各點(diǎn)的連線是一條直線，就驗(yàn)證了轉(zhuǎn)動(dòng)定律，并可由直線的斜率和在縱坐標(biāo)軸上的截距C分別求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩為：，。為求出，必須在同一張坐標(biāo)紙上，分別作出空載時(shí)的直線和載荷時(shí)的直線，由圖上分別準(zhǔn)備讀出、和、，再分別算出、和、，則算出，并與的理論值進(jìn)行比較，已知圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論值為：。式中：為圓盤(pán)的質(zhì)量，為圓盤(pán)的半徑。方法、步驟：1單角度設(shè)置法（=0）（1）調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置。用水準(zhǔn)儀器調(diào)節(jié)承物臺(tái)水平，使轉(zhuǎn)軸垂直于底座，盡量減少摩擦。選用合適的塔輪半徑。調(diào)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(tái)空載。接通毫秒計(jì)電源，預(yù)置數(shù)N，毫秒計(jì)復(fù)

6、零準(zhǔn)備記錄，將遮光細(xì)棒緊靠光電門(mén)，輕輕放手，使（=0），使塔輪在砝碼作用下，從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記下時(shí)間t，以后每次增加砝碼5g，重復(fù)測(cè)時(shí)3次，從5g一直增加到55g，記入表5-9；（3）承物臺(tái)載荷。在承物臺(tái)放上圓盤(pán)，重復(fù)步驟（2），數(shù)據(jù)記入表5-10；（4）在同一張坐標(biāo)紙上，分別準(zhǔn)確作出空載時(shí)的直線和載荷時(shí)的直線，從圖上準(zhǔn)備讀出、和、（這是關(guān)鍵，對(duì)計(jì)算結(jié)果的誤差影響很大）；（5）由公式再分別算出、；（6）算出理論值，將理論值與實(shí)驗(yàn)值比較，算出和的相對(duì)誤差，作實(shí)驗(yàn)討論，進(jìn)行誤差分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1基本數(shù)據(jù)記錄鋁質(zhì)圓盤(pán)：直徑D= 質(zhì)量m=砝碼質(zhì)量：m=（5.000.05）g/個(gè)鋼柱質(zhì)量：均刻在所用鋼

7、柱上2單角度設(shè)置法（=0）數(shù)據(jù)記錄 表5-9=_，r=_(空載）m/gt/st1/510152025303540455055 表5-10=_，r=_(載荷）m/gt/st1/510152025303540455055思考題1實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要因素有哪些？答：2本實(shí)驗(yàn)中拉線的張力T應(yīng)是T=m(ga)，在本實(shí)驗(yàn)中忽略了砝碼的加速度a，這將會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量結(jié)果偏大，還是偏小？ 為什么？答：3在本實(shí)驗(yàn)中，如果塔輪和定滑輪之間的拉線不是水平狀態(tài)，定滑輪與所選用的塔輪半徑不垂直，這將會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量結(jié)果偏大，還是偏小？ 為什么？答：4若所求出的摩擦力矩為負(fù)值，試分析可能產(chǎn)生的原因，并作出合理的推斷，若有興趣請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案加以驗(yàn)證。深圳大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙實(shí)驗(yàn)