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1、精选优质文档-倾情为你奉上完整轉動實驗系統操作手冊ME-8950內容頁數ME-8951 轉動平台2ME-8952 向心力配件5ME-8953 轉動慣量配件7實驗一、角動量守恆：將球射到轉動軌道上的捕捉器8實驗二、一點質量的轉動慣量14實驗三、向心力實驗18實驗四、點質量的角動量守恆23實驗五、盤與環的轉動慣量28實驗六、盤的偏離軸心轉動慣量33實驗七、角度量守恆37ME-8951 轉動平台轉動平台組合1. 如圖一，將支撐桿插入A型底座，在支撐桿底部裝入”E”型環，進行固定。2. 如圖一、將轉動平台，透過平台下方的固定孔插入支撐桿上，注意有形狀限制。支撐桿呈D型狀。將底座進行水平調整有些實驗需要
2、保持水平狀態（如向心力實驗）。如果軌道不是水平，將會影響實驗結果。請按下列步驟調整水平：1. 將約300克的物體放在軌道的任何一邊，拴緊螺絲，如果有裝向心力裝置，則裝置在同一邊。2. 如圖二、調整底座一腳的水平螺絲，直到軌道對準另一腳的水平螺絲。3. 將軌道旋轉90度，所以會與A型的一邊成平行，再調整其他的水平螺絲，直到軌道停留在這個位置。4. 軌道現在成水平，不論在任何方向都會靜止不動。安裝智慧滑輪及光電管塑膠支撐桿有兩種用途：1.能夠將滑輪及光電管裝設在正確的位置，利用滑輪上的10個孔，量測角速度。2.能夠架設智慧滑輪，使線繞在滑輪上。單獨使用光電管1. 將支撐桿插入底座靠近轉動桿的孔上。
3、2. 將智慧滑輪水平架設，軸心向下。利用螺絲對準光電管側面的螺絲孔，並拴緊，如圖三。3. 鬆開底座的螺絲，讓支撐桿可以轉動，調整支撐桿與光電管的方向，讓紅外線光束可以通過滑輪的孔洞。如果光電管適用電腦驅動，可以利用觀察光電管末端的LED指示燈來得知。光電管頭不能摩擦滑輪。當光電管頭在正確的位置時，拴緊底部的螺絲固定支撐桿。使用智慧滑輪與支撐桿1. 將滑輪的支撐桿插入黑色支撐桿的孔洞上，並拴緊螺絲。如圖四。2. 轉動黑色桿，讓從中心轉軸的線能夠對齊滑輪上的溝槽。3. 調整底座位置，讓線能通過滑輪並不碰觸桌子邊緣。將PASCO光電管架設在A行底座1. 將PASCO光電管架設在支撐桿的末端，利用螺絲
4、調整桿的高度。2. 將光電管沒有螺絲的那一端滑入底座的孔上，以螺絲拴緊。ME-8952 向心力實驗配件中心桿組合，如圖五1. 將彈簧的一端接至彈簧架上，將指示盤接到彈簧的另一端。將彈簧架插入中心桿狹縫中，並拴緊。2. 將線彈簧的一端綁到指示盤的底部，並在線的另一端綁一個環。3. 將指示架插入中心感狹縫中，放在彈簧架的下方，用螺絲拴緊。4. 將滑輪接到中心架上較高的兩個孔上。5. 將螺絲插入中心架底部，並拴上螺帽。側面桿組合，如圖六1. 將螺絲插入側面桿底部，並拴上螺帽。2. 使用一條約30公分的線，將線綁在側面桿頂部的螺絲上。將線的一端通過側面桿頂部的一個小孔，然後再繞過另一個小孔。不要將線拉
5、緊。3. 將頂端的螺絲鬆開，並將線纏繞其上，再將螺絲拴緊。向心力配件組合1. 將中心桿插入軌道側面的T型槽，對準中心桿上的歸零標誌，並拴緊螺絲。再將側面桿拴在軌道的同一側。如圖七。2. 將一個物體掛在側面桿的線子上，並調整高度使來自中心桿的線也是成水平。ME-8953 轉動慣量配件轉動慣量配件組裝轉動慣量配件需要進行小安裝。轉動盤可以直接放在轉動底座上或是透過轉接器與轉動平台使用。平台轉接器組裝1. 將方形螺帽接到平台轉接器平台上。2. 如圖八，將平台轉接器放置在實驗想要用的位置上。3. 拴緊平台轉接器。轉動盤可以架設在任意的位置，使用轉動盤上的任意四個孔。盤的邊緣有兩個D形孔，差距180度。
6、一個D形孔位在盤的表面的中心處。一個孔為在盤的底部，並且有一培林，這能夠讓轉盤轉動當你再進行轉動實驗時。實驗一、角動量守恆：將球射到轉動軌道上的捕捉器所需儀器轉動平台ME-8951拋射器ME-6800拋射碰撞配件ME-6815智慧滑輪光電管智慧滑輪計時軟體橡皮圈白紙及碳紙細線米尺法碼及掛勾組目的：拋射器的槍口速度可以被下列方法決定：用將球射到軌道上的捕捉器上以及碰撞過程當中的角動量守恆。這個方法可以被確定，透過水平拋射找出拋射器的槍口速度。理論：一個球被水平拋射並且被平台上的捕捉器接收。然後平台會旋轉。如圖1.1在碰撞的過程中角動量會守恆，但能量不會守恆。碰撞前的角動量等於碰撞後的角動量： L
7、 = mbv0 R = I其中是mb 球的質量，v0是球的槍口速度，R為球與轉軸的距離。I是捕捉器、球以及碰撞後軌道的轉動慣量，是碰撞之後的角速度。球的槍口速度可得： v0 = I/ mb R要找到實驗上的轉動慣量，一個已知的力矩會施加在物理上，而且結果的角速度會被量測到，因為 = I其中是角速度等於a/r，而是力矩由一個懸掛重物繞著裝置底座所產生的。=rT其中r等於纏線物體的半徑，T為物體轉動時線的張力。對一個懸掛的物體m，按牛頓第二運動定律可得：F=mg-T=ma所以綁線的張力可得：T = m (g-a )所以一旦知道物體m的線性加速度，就可以由轉動慣量公式得到力矩以及角加速度。水平拋射球
8、的初速可以被決定，而且量測球運動的過程的水平及垂直距離。對一個水平拋射的球而言，初速為v0，飛行的水平距離x= v0 t，t為球在空中的時間。忽略空氣摩擦力。在t時間內垂直落下的距離為y=1/2gt2。 可以由x與y決定球的初速，球的飛行時間可利用下列公式求得：槍口初速可以求得v0 = x/t第一部份：決定球的初速度設定1. 將拋射器夾住在穩固的桌子邊緣。2. 調整拋射的角度在零度，使其為水平拋射，如圖1.3。步驟：1. 將球放入拋射器內，並調整到長距離。發射一次並找到球掉落的位置。在掉落的位置處黏一塊白紙。將一張碳紙（碳面朝下）放在白紙上放，當球再次掉落到地板時，會在白紙上留下記號。2. 做
9、10次拋射運動。3. 量測球距離地板的垂直距離，記錄在表1.1。4. 使用鉛球找出在砲管的下方釋放點，量測釋放點到紙片邊緣的水平距離，記錄在表1.1。5. 量測紙片邊緣到10個點的距離，記錄在表1.1。6. 找出10個點的距離的平均值，記錄在表1.1。7. 利用垂直距離以及平均水平距離，計算出飛行時間以及球的初速度，記錄在表1.1及表1.4。 表1.1 決定初速度 垂直距離 = 水平距離到紙片邊緣 = 初速度 =實驗次數距離12345678910平均總距離其他方法：利用光電管決定槍口速度1. 將光電管架接到拋射器上，將兩個光電管接到光電管架上。再將光電管插入電腦或計時器上。2. 將球上入拋射器
10、內，並調整到長距離。3. 啟動計時程式，並讓它量測球阻斷兩個光電管的時間。4. 發射球三次，並取三次時間的平均值，記錄在表1.2。5. 光電管之間的距離為10公分，計算初速度，記錄在表1.2及表1.4。 表1.2 利用光電管決定初速度實驗次數時間123平均時間初速度第二部分：角度量守恆設定：1. 找出球的質量，記錄在表1.3。2. 利用橡皮筋將捕捉器固定在軌道上，如圖1.4。3. 將拋射器如第一部份所示架設好，利用拋射器的對準器將拋射器直接對準捕捉器的中心處。將拋射器固定在桌上。4. 將智慧滑輪光電管架設在底座上，利用黑色支撐桿。將光電管接至電腦，啟動智慧滑輪計時器。步驟：1. 將球放入拋射器
11、內，調整至長距離。2. 確定轉動平台靜止並發射球到捕捉器。記錄平台的角速度在表1.3，重複五次拋射。3. 量測轉動軸到球在捕捉器之間的距離，記錄在表1.3。表1.3球的質量角速度第三部分：決定轉動慣量設定1. 將智慧滑輪及桿用黑色桿架在底座。2. 綁一條線繞在滑輪的中心槽，並讓線在智慧滑輪上。步驟計算摩擦力因為根據理論找出的轉動慣量不包括摩擦力，所以要找出利用多少質量的物體掛在滑輪上，讓滑輪可以克服動摩擦力而等速度落下。這麼摩擦力的質量將會被推動裝置的質量中扣除。從主要選單中選擇，顯示速度。找出克服動摩擦力所需的質量，啟動”顯示速度”1. 選擇 顯示速度 ; 智慧滑輪/線性繩; 正常顯示。2.
12、 取適當的質量(約15-20公克之間)，掛在滑輪上，只速度能夠保持等速。3. 按下，停止顯示速度，記錄摩擦質量在表1.4。找出裝置的加速度為找出加速度，掛一個約30克的物體（將正確的質量記錄在表1.4）在滑輪上，並啟動”運動計時器”1. 選擇運動計時器，纏繞繩子至上方並讓物體可以由桌子處掉落至地板，在物體剛要撞擊地板前按下。2. 等電腦記錄時間並且按下。找加速度，做速度與時間的關係圖。3. 選擇圖形資料; 智慧滑輪/線性繩; 速度vs時間 線性回歸統計。4. 這時候圖形會被畫出而且斜率 = m ，將會被顯示在圖形的頂端。此斜率就是加速度。按下及兩次以回主選單。量測半徑1. 利用卡尺，量測纏繞線
13、的圓柱體的半徑。2. 將半徑記錄在表1.4表1.4 轉動慣量資料摩擦力質量掛物質量斜率半徑分析1. 計算表1.3中的角速度的平均值，並將結果記錄在表1.52. 計算轉動慣量：將摩擦力質量由加速物體的掛物中減除，決定質量m，以用在方程式中。計算轉動慣量實驗值，並記錄在表1.5中。3. 利用平均角速度，轉動慣量以及距離r，計算球的槍口速度，記錄在表1.5中。4. 計算第一部份與第二部份槍口速度之間的差異百分比，記錄在表1.5中。表1.5結果平均角速度轉動慣量計算的槍口速度V0槍口速度% 差異問題：碰撞中喪失多少百分比的動能？利用質量及速度計算此百分比。實驗二、一點質量的轉動慣量所需儀器精確計時程式法碼及掛勾組卡尺10孔滑輪幾光電管天平紙片夾 1 g目的：本實驗目的在找出點質量的轉動慣量，並且改變此數值符合計算理論值。理論：理論上轉動慣量I, 由一個點質心，可得I=MR2，其中M為質量，R為轉軸到質量的距離。為找出實驗上的轉動慣量，一個已知的力矩會施加在物理上，而且結果的角速度會被量測到，因為 = I其中是角速度等於a/r，而是力矩由一個懸掛重物繞著裝置底座所產生的。=rT其中r等於纏線物體的半徑，T為物體轉動時線的張力。對一個懸掛的物體m，按牛頓第二運動定律可得：F=mg
