双悬扭摆测转动惯量.docx

双悬扭摆测转动惯量双悬扭摆测转动惯量 转动惯量是描述刚体转动惯性量度的重要物理量，它不仅与刚体的质量分布、几何形状有关，而且与转轴的位置有关。对于形状简单的均匀刚体，测出其外形尺寸和质量，就可以计算出转动惯量。对于形状复杂的、质量分布不均匀的刚体，一般利用转动实验来测定其转动惯量。 实验目的实验原理 一、双悬扭摆装置介绍 如图一所示，双悬式扭摆的测量载物篮由上、下两根悬线悬挂。在下悬线的底端，与一压簧相联，通过旋转螺母，在弹簧的作用下，可以改变上、下两根悬线中的张力，这就有效地解决了刚体绕中心轴旋转时的晃动。三角架的水平调节螺钉是为了保证刚体的旋转轴和悬线在铅直方向。载物篮中放置不同的待测物体，可研究刚体的转动惯量与其质量大小，质量分布和转轴位置变化的规律，并可验证平行轴定理。传感器的作用是将刚体旋转过程中的挡光信号转换成电脉冲信号，以达到自动测量旋转周期的目的。 设空载载物篮相对悬丝轴的转动惯量为J0，转动周期为T0；标准件相对是丝轴的转动惯量为J1，标准件与载物篮一起转动的周期为T1；待测件相对悬丝轴的转动惯量为Jx，待测件与载物篮一起转动时的周期为Tx，则： 可得： 由此可知，只要测出T0，T1，TX，便可根据J1的值计算出Jx。 仪器装置 双悬扭摆装置，单片机或微机，标准件，待测件、游标卡尺。 实验步骤 T0，T1，TX的测量是由单片机完成的，其精度为104秒，为进一步消除测量中的误差，一船采用测量多个周期的时间，然后算出一个周期的值。具体操作如下： 图二、单片机按键分布图 1用游标卡尺多次测量标准件的内外径、待测件的直径，计算其转动惯量；并将标准件的转动惯量输入单片机，按J1键。 2按下数值键，然后按下次数键，计算机就将当前显示器上的数值作为测量的周期次数存入内存，该数值一般不超过120，以免过分拖长测量时间。 3测空载的周期T0。让载物篮偏离平衡，然后松开让其自由转动，待其平稳转动以后，按下T0键，单片机在挡光片第一次挡光时开始计时，显示器上的最高位显示“H”字样，其余位动态显示测量时间，直到刚体来回摆动到预定的次数，计时自动停止，并自动计算出相应的周期存入指定的内存。 4测标准件与空载一起转动的周期T1。方法同2，不同的是按下T1键，显示器的最高位显示“L“字样。 5测待测件与空载一起转动的周期Tx。方法同2，不同的是按下Tx键，显示器的最高位显示“Y”字样。 6按下“计算”键，单版机将根据前3步测得的结果，自动计算出待测件的转动惯量并在数码显示器上显示，最高位置显示“J”字样，其余位显示转动惯量的值，单位为：千克?厘米2 如果操作者需要了解测量的中间结果，可按“显示”键。每按一次键轮流显示不同的结果，顺序为：次数，T0，T1，TX，J1，Jx。 7用测量结果与计算值比较，计算其百分差；测量旋转轴到圆柱A、B中心轴的距离，验证测量结果与用“平行轴定理”计算值的百分差。