用刚体转动仪测量转动惯量

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大小和形状保持不变的物体叫做刚体，是一个理想模型。刚体保持静止或绕定轴作匀速转动时的惯性大小是用转动惯量来描述的。刚体绕定轴转动时的转动惯量是固定的，只与刚体质量及质量相对于轴的分布有关。刚体是由其上的许多小质元组成。

通过这个实验可以重点学习如下内容：（1）验证刚体作定轴转动时的转动定律 （2）观察转动惯量与质量的关系 （3）掌握用刚体转动仪测定物体转动惯量的方法。

这是一个基础力学实验，难度适中。

实验具体内容与要求

1.
调节刚体转动仪，使转轴垂直、转架水平。

2.
将铝环置于刚体转动仪支架上，测砝码在20g、40g、60g的情况下，对应的下落的时间。

3.
用米尺测量砝码下落距离h，用游标卡尺测绕线轴半径r，算出系统的转动惯量I0。

4.
将钢环置于铝环上，测砝码在60g、80g、100g的情况下，对应的下落的时间，算出系统的转动惯量I 。

5.
钢环的转动惯量为I- I0，再用理论公式算出钢环的转动惯量理论值，最后算出相对误差即可。

  

实验仪器简介

　1.
刚体转动仪：实现刚体的转动，其转动摩擦力忽略不计。

　2.
米尺、游标卡尺、秒表：测量砝码下降高度及时间、转轴半径。

3.
砝码：用于改变绳子的张力。

                               
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预习要求

　1.
理解用刚体转动仪测定物体转动惯量的基本原理。

　2.
理解转动惯量的概念及转动定律。

　3.
熟悉实验仪器装置。

　4.列出测量数据纪录表。

  

常见问题与解答

1.
在实验中如何准确计时？

（1）在开始计时的时候，两手要协调一致，扶转架的手放开转架时，不要向前推动转架，也不要向后推动转架，松开转架的同时，立刻开始计时。

（2）在结束计时的时候，应蹲下身子，注意力集中，在小盘着地的瞬间停止计时。

  

预习思考

1.
用刚体转动仪测定转动惯量的基本原理是什么？

2. 为什么引入刚体这个理想模型？具体在本实验中，刚体指的是什么？

3. 本实验中，不计转轴的摩擦力，不计滑轮和细线的质量以及它们之间的摩擦力，为什么可以这样做？

  

实验注意事项

1.
实验中在砝码开始降落时应注意绳子的结点与标环B在同一平面上。

2.
实验中，应首先测量铝环置于刚体转动仪上时系统的转动惯量I0，然后把钢环置于铝环上，再测出对应的转动惯量I，那么钢环的转动惯量应是I与I0的差值。