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1、用扭摆法用扭摆法测物体的转动惯量测物体的转动惯量 理学院物理实验教学中心理学院物理实验教学中心 12/13/2022物理实验前言前言n转动惯量是描述刚体转动惯性大小的物理量，转动惯量是描述刚体转动惯性大小的物理量，是研究和描述刚体转动规律的一个重要物理是研究和描述刚体转动规律的一个重要物理量。量。n它不仅取决于刚体的总质量，而且与刚体的形状、它不仅取决于刚体的总质量，而且与刚体的形状、质量分布以及转轴位置有关。质量分布以及转轴位置有关。-对于质量分布均匀、具有规则几何形状的刚体，可以对于质量分布均匀、具有规则几何形状的刚体，可以 通过数学方法计算出它绕给定转动轴的转动惯量。通过数学方法计算出它
2、绕给定转动轴的转动惯量。-对于质量分布不均匀、没有规则几何形状的刚体，用对于质量分布不均匀、没有规则几何形状的刚体，用数学方法计算其转动惯量是相当困难的，通常要用实数学方法计算其转动惯量是相当困难的，通常要用实验的方法来测定其转动惯量验的方法来测定其转动惯量。12/13/2022物理实验常见规则刚体的转动惯量常见规则刚体的转动惯量12/13/2022物理实验1 1、了解用扭摆测量弹簧扭转常数的方法；、了解用扭摆测量弹簧扭转常数的方法；2 2、掌握形状规则几何体、掌握形状规则几何体(刚体刚体)转动惯量的测量方法；转动惯量的测量方法；3 3、验证转动惯量平行轴定理。、验证转动惯量平行轴定理。实验目
3、的实验目的12/13/2022物理实验n用游标卡尺测量实心塑料圆柱体的外径、用游标卡尺测量实心塑料圆柱体的外径、空心金属圆筒的内外径。空心金属圆筒的内外径。n测定扭摆的扭转常数测定扭摆的扭转常数K。n测定空心金属圆筒、实心球体与金属细测定空心金属圆筒、实心球体与金属细长杆的转动惯量，并于理论计算值比较，长杆的转动惯量，并于理论计算值比较，求相对误差。求相对误差。n改变滑块在金属细杆上的位置，验证转改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量的平行轴定理。动惯量的平行轴定理。实验内容实验内容12/13/2022物理实验塑料圆柱体实心球体周期测定仪光电探头空心金属 圆柱体载物盘水平仪挡光杆游标卡尺金属
4、杆滑块夹具实验仪器12/13/2022物理实验令令弹簧恢复力矩弹簧恢复力矩:转动定律转动定律:得得,微分方程的解微分方程的解:周期周期:实验原理实验原理12/13/2022物理实验K的测量的测量设金属载物盘绕垂轴的转动惯量是设金属载物盘绕垂轴的转动惯量是设金属载物盘绕垂轴的转动惯量是设金属载物盘绕垂轴的转动惯量是 I I0 0，测出其摆动周期为测出其摆动周期为测出其摆动周期为测出其摆动周期为 T T0 0，则，则，则，则 待待待待测测测测物物物物圆圆圆圆柱柱柱柱对对对对其其其其质质质质心心心心轴轴轴轴的的的的转转转转动动动动惯惯惯惯量量量量理理理理论论论论值值值值为为为为 I I1 1，测测测
5、测出出出出其其其其与与与与载物盘的复合体摆动周期为载物盘的复合体摆动周期为载物盘的复合体摆动周期为载物盘的复合体摆动周期为 T T ，则，则，则，则由前两式可得到由前两式可得到由前两式可得到由前两式可得到12/13/2022物理实验平行轴定理平行轴定理12/13/2022物理实验塑料圆柱体、空心金属圆筒、塑料圆柱体、空心金属圆筒、实心实心球体和金属球体和金属细杆细杆、载物盘载物盘。滑块质量为：滑块质量为：239.7g实心球体的质量为：实心球体的质量为：1135.5g金属细杆的质量为：金属细杆的质量为：133.3g待测刚体待测刚体12/13/2022物理实验仪器调水平仪器调水平气泡居中12/13
6、/2022物理实验游标卡尺使用游标卡尺使用读数读数:15.90mm12/13/2022物理实验周期测定仪周期测定仪12/13/2022物理实验注意事项注意事项n n由于弹簧的扭转常数由于弹簧的扭转常数由于弹簧的扭转常数由于弹簧的扭转常数K K值不是固定常数，它与摆值不是固定常数，它与摆值不是固定常数，它与摆值不是固定常数，它与摆动角度略有关系，实验中摆角在动角度略有关系，实验中摆角在动角度略有关系，实验中摆角在动角度略有关系，实验中摆角在9090左右为宜。左右为宜。左右为宜。左右为宜。n n光电探头宜放置在挡光杆的平衡位置处，挡光杆光电探头宜放置在挡光杆的平衡位置处，挡光杆光电探头宜放置在挡光
7、杆的平衡位置处，挡光杆光电探头宜放置在挡光杆的平衡位置处，挡光杆不能和它相接触，以免增大摩擦力矩。不能和它相接触，以免增大摩擦力矩。不能和它相接触，以免增大摩擦力矩。不能和它相接触，以免增大摩擦力矩。n n机座应保持水平状态。机座应保持水平状态。机座应保持水平状态。机座应保持水平状态。n n圆柱、圆筒放置时要放正不可斜放。圆柱、圆筒放置时要放正不可斜放。圆柱、圆筒放置时要放正不可斜放。圆柱、圆筒放置时要放正不可斜放。n n在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆主在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆主在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆主在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆主轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常工作。轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常工作。轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常工作。轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常工作。12/13/2022物理实验