转动惯量实验报告-理论力学.pdf

: .
3理论力学转动惯量综合实验报告
（如下图）
2. 实验样品
1) 一个钢质圆环（内径为 175mm，外径为 215mm，质量为 933g）
2) 两个钢质圆柱（直径为 38mm，质量为 400g）
【实验步骤】
1. 实验准备
在桌面上放置 IM-2 转动惯量实验仪，并利用基座上的三颗调平螺钉，将
仪器调平。将滑轮支架固定在实验台面边缘，调整滑轮高度及方位，使滑轮
槽与选取的绕线塔轮槽等高，且其方位相互垂直。
通用电脑计时器上光电门的开关应接通，另一路断开作备用。当用于本
实验时，建议设置 1 个光电脉冲记数 1 次，1 次测量记录大约 20 组数。
2. 测量并计算实验台的转动惯量
1) 放置仪器，滑轮置于实验台外 3-4cm 处，调节仪器水平。设置毫秒仪计数次
数。
2) 连接传感器与计数计时毫秒仪，调节霍尔开关与磁钢间距为 -，转
离磁钢，复位毫秒仪，转动到磁钢与霍尔开关相对时，毫秒仪低电平指示灯
亮，开始计时和计数。
3) 将质量为 m=100g 的砝码的一端打结，沿塔轮上开的细缝塞入，并整齐地绕
于半径为 r 的塔轮。
4) 调节滑轮的方向和高度，使挂线与绕线塔轮相切，挂线与绕线轮的中间呈水
平。
4理论力学转动惯量综合实验报告
5) 释放砝码，砝码在重力作用下带动转动体系做加速度转动。
6) 计数计时毫秒仪自动记录系统从 0π 开始作 1π，2π……角位移相对应的
时刻。
3. 测量并计算实验台放上试样后的转动惯量
将待测试样放上载物台并使试样几何中心轴与转动轴中心重合，按与测
量空实验台转动惯量同样的方法可分别测量砝码作用下的角加速度 β 与砝
2
码脱离后的角加速度 β ，由（3）式可计算实验台放上试样后的转动惯量 J，
1
再减去实验步骤 2 中算得的空实验台转动惯量即可得到所测试样的转动惯
量。将该测量值与理论值比较，计算测量值的相对误差。
4. 验证平行轴定理
将两圆柱体对称插入载物台上与中心距离为 d 的圆孔中，测量并计算两
圆柱体在此位置的转动惯量，将测量值与理论计算值比较，计算测量值的相
对误差。
5. 验证刚体定轴转动惯量与外力矩无关
通过改变塔轮直径对转盘施加不同的外力矩，测定在不同外力矩下转盘
的转动惯量，与理论值进行比较，在一定允许的误差范围内验证结论。
【注意事项】
1. 正确连接霍尔开关传感器组件和毫秒仪，红线接+5 接线柱，黑线接 GND 接线
柱，黄线接 INPUT 接线柱。
2. 霍尔传感器放置于合适的位置，当系统转过约 π/2 角位移后，毫秒仪开始
计时计数。
3. 挂线长度以挂线脱离绕线塔轮后，砝码离地 3 厘米左右为宜。
4. 实验中，在砝码挂线脱离绕线塔轮前转动体系作正加速度 β ，在砝码挂线
2
脱离塔轮后转动体系作负加速度 β ，须分清正加速度 β ，到负加速度