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1、转动惯量实验指导书一:注意事项二：扭摆法测定物体转动惯量基本原理三：光电计时、计数实验仪使用指南海南大学物理实验室一:注意事项1进入实验室不可移动、 摆弄实验台 / 桌上的所有仪器用具。 以免拉断仪器间的连接电缆 /线、改变教师设置好的各种实 验参数！ 2实验结束后必需经任课教师检查你所使用的实验仪器与 用具 ,器具完好无损方可离开实验室 !3每套实验仪器的扭摆及其待测件 （转盘、圆柱体、 金属圆筒、尼龙球等）均为单配，实验过程中不可交 换使用，否则待测件不能安装到扭摆上或者勉强安装 上之后不能取下来 .实验结束后务必配套放入框内！ 4在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆的主轴并 适当旋紧
2、对接紧固螺丝（不可拧死） ，否则扭摆不能正常工 作.5更换不同待测物体时 ,务必完全松开对接紧固螺丝， 并轻 拿轻放待测物体！6弹簧的扭转常数 K 不是固定的常数，它与摆角大小略有 关系 ,摆角在 90 30 间基本相同。 为了减少实验的系统误差， 测定各种物体的摆动周期时 ,摆角应基本保持在同一个范围 内且启摆角度不可超过 90 或反向启摆。 7光电探头支架与计数仪位置不可随意移动 ,以免拉断计数 仪后面的联机电缆线； 光电探头宜放置在挡光杆的平衡位置 处，挡光棒不能与它接触， 以免打坏光电探头或增加摩擦力 矩.8计数仪板面的各按钮 （键）只需轻轻触碰即可，不 可大力反复按压。9机座应保持在
3、水平状态。二：用扭摆法测定物体的转动惯量基本原理转动惯量是刚体转动惯性大小的量度 ，是表明刚体特性的一个物理量。 转动惯量的大小 与物体质量、转轴的位置和质量分布（即形状、大小和密度）有关如果刚体形状简单，且质量分布均匀，可直接计算出它绕特定轴的转动惯量 但在工程实践中，我们常碰到形状复 杂，且质量分布不均匀的刚体，理论计算将极为复杂，通常采用实验方法来测定。转动惯量的测量，一般都是使刚体以一定形式运动。通过表征这种运动特征的物理量 与转动惯量之间的关系，进行转换测量。本实验使物体作扭转摆动，由摆动周期及其它参 数的测定算出物体的转动惯量。【实验目的】1巩固长度测量仪器与物理天平的实验技能。2
4、用扭摆测定弹簧的扭转常数 K。3 用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较。【实验仪器】FB729型型智能转动惯量综合实验仪 由扭摆、光电计时仪及几种待测刚体（空心金 属圆柱体、实心塑料圆柱体、尼龙球组成。【实验原理】1 扭摆的简谐运动:L FU了曲业巫摆底座； 匕螺淀形爾质禅黄； 5测试样冊与稷动轴建按螺桎;4. 测试样砧用载樹盘；5. 测试拝品固定螺栓兼洁咒棒；6. 風社形测试样品； 化光电E8.扭摆底座水乖调节螺社0扭摆底匝机脚：m数显计耐计数亳秒仪：J.水准雅.图inr2型智能转动惯量综仝丈验仪结构示意團扭摆的结构如图1所示，其垂直轴上装有一根簿片状的螺旋弹簧5，用以产
5、生恢复力矩。在轴上方可以装上各种待测物体 垂直轴与支座间装有轴承，使摩擦力矩尽可能降低。为了 使垂直轴与水平面垂直，可通过底脚螺丝钉 8来调节,11为水平仪，用来指示系统调整水平。将套在轴上的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。根据虎克定律，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：(1)得:(2)式中K为弹簧的扭转常数。根据转动定律:M I ?式中I为转动惯量，为角加速度，由（1）与（2）K?i2 KK?I其中忽略轴承的摩擦力矩，则有即:dt2邑dt2此方程表明忽略轴承摩擦力的扭摆运动是角简谐振动：角加速度与角位移成正比，且 方向
6、相反此方程的解为：式中A为简谐振动的角振幅利用公式（3），测得扭摆的周期A ? cos（ t ）为初位相，为角频率。此简谐振动的周期为:(3)T，在I和K中已知任何一个量时，即可计算出另一个量。实验过程中可选用一个转动惯量I已知的物体（几何形状规则，根据它的质量和几何尺寸用理论公式计算得到），先测出该物体的摆动周期 T,将转动惯量I和周期T代入（3） 式即可求算出弹簧的 K值若要测量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（3）即可计算出该物体的转动惯量【实验仪器】FB729型型智能转动惯量综合实验仪。由扭摆、光电计时、计数仪及几种待测刚体 （
7、空心金属圆柱体、实心塑料圆柱体、尼龙球）组成。【实验内容】1. 认真阅读、领会实验操作“注意事项”。2. 熟悉扭摆的构造、使用方法 ，掌握FB729型智能转动惯量综合实验仪的操作要领。3. 测定扭摆弹簧的扭转常数。4. 测定金属转盘、塑料圆柱、金属圆筒、尼龙球的转动惯量【实验步骤】1 用游标卡尺和天平分别测出待测圆柱体的质量和直径，数据填入表1。2调整扭摆基座底脚螺丝，使水准仪中气泡居中。3 装上金属载物盘，调节光电探头的位置。要求光电探头放置在挡光棒的平衡位置处，使载物盘上的挡光棒处于光电探头的中央，且能遮住发射和接收红外线的小孔。4把光电计时、计数仪的功能设置为“周期”测量，把周期次数设置
8、为10，设置结束。按一下“复位按钮，先用手指轻推转盘使其偏离平衡位置约90，再轻按一下光电计时、计数仪面板上的“执行”按钮，松手让载物盘来回摆动，测定空载物盘的摆动周期T0。测定10次，把数据记录到表 2中。5 拧松转盘上的档光棒，将塑料圆柱体垂直放在载物盘上并拧紧档光棒，档光棒千万不要拧的太紧以免滑丝。6重复步骤4，测出摆动周期 。7用金属圆筒代替塑料圆柱体，测出摆动周期T2。&取下转盘，装上尼龙球，测出摆动周期T3 。（选做）【数据记录】表1圆柱体直径与质量实验数据记录参考表12345678910D(mM(kg)备注- 1 2D =； M =；I1- M D8T3注：球支座转动惯量：|3
9、0.179 10 4 kg?m2【实验结果】1.扭转常数K的求算：利用转盘空载时的摆动周期结合塑料圆柱转动惯量的理论值T0和在转盘上放置塑料圆柱体时的摆动周期的实验值1-M D2）来确定K值：8|1（见表 1： Il设转盘的转动惯量为10，则由公式Io0 11 3）得:ToT?T12To2因此，测出丁0,，即可得到K值。则扭转常数为:I12.转动惯量I 0、I1、I 2、I3实验结果:2；I0 =KT。KT3,34 2I 3;I 32（选做）2KT1,；I114 20KT；1.I2A 2I 0 =；I 24:计时计数毫秒仪使用指南（1）FB213A计时仪内设单片机芯片，经适当编程，具有计时、计
10、数、存储和查询功能。 可用于单摆、气垫导轨、马达转速测量、生产线产品计数、产品厚度测量、车辆运动速度 测量及体育比赛计时等诸多与计时相关的实验。（2）该毫秒仪通用性强，可以与多种传感器连接，用不同的传感器控制毫秒仪的启动和停止，从而适应不同实验条件下计时的需要（3）毫秒仪量程可根据实验需要进行切换：99.999s,分辨率1ms, 9.9999s,分辨率0.1ms，由仪器面板“量程”按钮进行转换。“计时”指示灯亮，左窗口数码管熄灭，仪器进入“计时”功能状态；（4）周期与计数功能由面板“功能 ”按钮转换：周期指示灯亮，仪器面板左窗口二位数码 管同时点亮，仪器进入“周期”计数功能 ：在此功能下，可预
11、置测量周期个数：根据实验需 要周期设置范围从1 99个,周期数由左窗口显示。 周期显示数随计数进程逐次递减 ，当显 示数到达1以后接着就返回到设置数值，此时计数停止。（5）有两种工作方式：周期方式和计数方式，在两种方式下均有存贮和查询功能。在周期方式下，按“执行”键，“执行”工作指示亮，当测量启动时灯光闪烁，表示毫秒仪在工作。 在每个周期结束时，显示并存贮该周期对应的时间值，在预设周期数执行完后， 显示并存贮总时间值，然后退出执行状态。（6） 在周期或计时方式下，逐次按“查询”键，则依次显示出各周期对应的时间值，在最后周期显示出总时间值，在预设周期完后，则停止查询。（7）按“复位”键，除了预设
12、周期值恢复原设置，时间显示清零之外，还有退出查询的 功能。记住查询完后一定要按“复位”键退出查询。（8）周期方式或计数方式在执行中，均可按“复位”键退出执行。（9）断电后保留已执行的预设周期数，各周期对应的时间值以及总时间值（10）计数方式时，光电门 1和光电门2均可控制启动与停止，由先后顺序决定。（11）同时按“复位”和“功能键5秒钟以上，则存贮的周期值与计时值全部清零，但仍然保留预设周期数（直至重新设置新的周期数值才会改变）1”岡期谟生、显承 十位麟J 丸岡勒谏已、显亦+个位甑“I氣工作t 子-按紐：、“頰蚯按刨$”功維惦现播紐：二 w紺w怏放辄： ”甘詢”枝杠“ *. iHMI J? Xi W山理插嫌飛境址理集；八.住搏SXd静朋 i2rW 2“.臥磴赞电iW締庵、申葩显计时计麺華秒仪腕后面板功能分布罔
