转动惯量的测定实验.ppt

转动惯量的测定实验 * * 第一页，共十九页，2022年，8月28日 实验目的 返回 1．用实验方法检验刚体绕固定轴转动定律，了解检验条件的引入及如何满足该条件； 2．与理论上计算转动惯量相比较，验证转动定律及平行轴定理，指出误差的来源及如何消除误差。 * * 第二页，共十九页，2022年，8月28日 实验仪器 滑轮 通用电脑式毫秒计 刚体转动实验仪 滑轮支架 砝码托 水准仪 待测物(柱体、空心圆筒及园盘) * * 第三页，共十九页，2022年，8月28日 底脚螺钉 塔轮 光电门 刚体转动实验仪介绍 * * 第四页，共十九页，2022年，8月28日 通用电脑式毫秒计板面介绍 6位计时数码块 按键数码盘 复位键 2位脉冲个数数码块 两个信号输入“或”门插孔 * * 第五页，共十九页，2022年，8月28日 返回 二、技术性能 本仪器由单片机芯片和固有程序等组成，具有记忆存储功能，最多可记64个脉冲输入的(顺序的)时间，并可随意提取数据，还可以调整为脉冲的编组计时。有备用通道，即双通道“或”门输入。 此仪器为可编程记忆式双路毫秒计。 1．输入脉冲宽度不小于10μs。 2．计时范围0—999.999秒。 3．计时误差≤0.0005秒。 4 ．计时数组1 64组。 5．适用电源一220V，50Hz 通用电脑式毫秒计使用方法 * * 第六页，共十九页，2022年，8月28日 三、使用方法 1．将电缆连接光电门的灯泡和输入脉冲，只接通一只(另一路备用)。 2．接通电源：仪器进入自检状态。板面显示88—888888四次后，显示为P 01 64，它表明制式(P)为每输入1个(光电)脉冲，记一次时间，最多可记64个时间数据。小于64个也可以被储存和提取数据。 3．按一次“*”或“#”键，面板显示00 000000，此时仪器处于待记时状态。输入第1个脉冲则开始计时。 4．64个脉冲输入后自动停止(小于64的实验次数也可)。取出数据的方法如下： * * 第七页，共十九页，2022年，8月28日 按09两数码键，则显示“***．***” 精确到毫秒的第一个脉冲到第九个脉冲之间的时间，依此类推。按01键，则显示000．000表示计时开始的时间。按“#”键一次，则脉冲记时的个数递增1，因此可方便地依次提取数据。(按“*”键则递减)。 5．按“9”键两次，仪器又处于新的待记时状态，并把前次数据消除 6．按复位键则仪器为接通电源后的重新启动。 * * 第八页，共十九页，2022年，8月28日 四、调整制式的方法 当启动按“x”或“#”键后显示P0164，在此制式下，按1，2，3，4键，则板面即显示P12 34。意为每输入12个编组的脉冲就记一次从实验开始后的时间数据。自动记完34个数据以后就自动停止。提取数据的办法同前，这样，在测转动惯量重力加速度和各种摆的时间数据时，就很方便。 注意事项：1．注意光敏管的正负极性。 2．光敏管电阻小于3KΩ才能正常工作。 * * 第九页，共十九页，2022年，8月28日 本实验采用两个光电门E和F(或采用壹个光电门E或F)。光电门功能是将光信号转变为电信号。每个光电门被转台上的细杆挡光后，便输出一个脉冲信号，如图2-4所示。 * * 第十页，共十九页，2022年，8月28日 脉冲持续时间即为挡光时间，当载物台转动时，挡光细杆不断地将光电门遮挡住，因而产生一系列电脉冲信号。脉冲的上升沿( t0， t2 ， t4…， t2n )和下降沿(t1， t3 ， t5…， t2n+1 )所对应的时间即被测出，储存在机内，可按需要提取。(提取时间数据，是上升沿所对应的时间或下降沿所对应的时间，两者只能居一) * * 第十一页，共十九页，2022年，8月28日 实验原理 返回 转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度，它与刚体的质量及质量对轴的分布有关，如果刚体形状简单，质量分布均匀，可以直接计算出它绕特定轴的转动惯量。但对于几何形状不规则和质量分布不均匀的物体，只能用实验的方法来测量。测量转动惯量的仪器有很多种，如三线摆、单悬扭摆、双悬扭摆、转动惯量仪等，本实验是采用转动惯量仪来测量。 1.测定刚体的转动惯量及摩擦力矩方法一： 如图所示，拉线一端绕在半径为r的塔轮上，另一端通过定滑轮挂上砝码盘上质量为m的砝码，当m由静止开始下落，塔轮则由静止开始转动。设塔轮转过角位移θ使，其时间为t，设拉线的张力为T，刚体的转动惯量为J，转动角加速度为β，塔轮的摩擦力矩为，m下落的加速度为。若忽略细绳和定滑轮的质量，且认为细绳是刚性的，则对m有