内容发布更新时间 : 2024/12/25 22:13:05星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

物理实验报告

一、【实验名称】

扭摆法测定物体转动惯量

二、【实验目的】

1、 测定扭摆弹簧的扭转常数K。

2、 测定几种不同形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较。 3、改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。

三、【实验原理】

扭摆的结构如图2.1所示，将物体在水平面内转过一角度? 后，在弹簧的恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。

根据胡克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M与所转过的角度? 成正比，即

M= ?K? （2.1）

根据转动定律：M=J? 得

??M （2.2） I图2.1

d2?KK??????2? 令??，由式（2.1）、（2.2）得：??2dtII2上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，此方程的解为： ??Acos(?t??)

此谐振动的周期为： T?2??I??2?I （2.3） KK2T （2.4） 24π由（2.3）或（2.4）式可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在I和K中任何一个量已知时即可计算出另一个量。

本实验用一个已知形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，再算出仪器弹簧的K值。

如先测载物盘转动的周期T0，有

T=2?I0 (4-5） K再测载物盘加塑料圆柱（大）的转动周期T1，有

T1?2?I0?I1? (4-6) KI1?为塑料圆柱转动惯量理论计算值

1

I1?=mr2 （4-7）

2

由式（4-5）和式（4-6）可得

K=4?2I1? (4-8) 22T1?T0若要测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，由公式（2.3）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。

理论分析证明，若质量为m的物体绕通过质心轴的转动惯量为I0，当转轴平行移动距离x时，则此物体对新轴线的转动惯量变为I0+mx2。称为转动惯量的平行轴定理。

四、【仪器用具】

1．扭摆及几种待测转动惯量的物体

金属圆筒、实心塑料圆柱体（一长一短）、实心塑料球、验证转动惯量平行轴定理用的细金属杆（杆上有两块可自由移动的金属滑块）。 2．TH－2型转动惯量测量仪 由主机和光电传感器两部分组成。

主机采用新型的单片机作控制系统，用于测量物体转动和摆动的周期，以及旋转体的转速，能自动记录、存储多组实验数据并能够准确地计算多组实验数据的平均值。

光电传感器主要由红外接收管组成，将光信号转换为脉冲电信号，送入主机工作。因人眼无法直接观察仪器工作是否正常，可用遮光物体往返遮挡光电探头发射光束通路，检查计时器是否开始计数。为防止过强光线对光电探头的影响，光电探头不能置放在强光下，实验时采用窗帘遮光，确保计时准确。 3．仪器使用方法

TH－2型转动惯量测量仪面板如图2所示。

（1）调节光电传感器在固定支架上的高度，使被测物体上的挡光杆能自由地通过光电门，再将光电传感器的信号传输线插入主机输入端（位于测试仪背面）。

图2 TH－2型转动惯量测量仪面板示意图

（2）开启主机电源，“摆动”指示灯亮，参量指示为“P1”、数据显示为“- - - -”。 （3）本机设定扭摆的周期数为10，如要更改，可按“置数”键，显示“n=10”，按“上调”键周期数依次加1，按“下调”键周期数依次减1，周期数可在1–20范围内任意设定，再按“置数”键确认。更改后的周期数不具有记忆功能，一旦切断电源或按“复位”键，便恢复原来的默认周期数。

（4）按“执行”键数据显示为“000.0”,表示仪器已处在等待状态，此时，当被测的往复摆动物体上的挡光杆第一次通过光电门时，仪器即开始连续计时,直到仪器所设定的周期数时便自动停止计时，由“数据显示”给出累计的时间，同时仪器自动计算周期Ci予以储存，以供查询和作多次测量求平均值。至此，P1（第一次测量）测量完毕。

（5）按“执行”键，“P1”变为“P2”，数据显示又回到“0.000”，仪器处在第二次测量状态。本机设定重复测量的最多次数为5次，即(P1,P2,…，P5)。通过“查询”键可知各次测量的周期值Ci（i=1,2,…,5）以及它们的平均值CA。

五、【实验内容】

1、 测出塑料圆柱体的外径，金属圆筒的内、外径，木球直

径，金属细杆长度（各测3次）；并称出各个物体的质