实验报告
【实验概述】
转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量，它与刚体的质量分布及转轴位置有关。
正确测定物体的转动惯量，对于了解物体转动规律，机械设计制造有着非常重要的意义。然而在实际工作中，大多数物体的几何形状都是不规则的，难以直接用理论公式算出其转动惯量，只能借助于实验的方法来实现。因此，在工程技术中，用实验的方法来测定物体的转动
惯量就有着十分重要的意义。IM-2 刚体转动惯量实验仪，应用霍尔开关传感器结合计数计
时多功能毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下，转过π角位移的时刻，测定刚体转动时
的角加速度和刚体的转动惯量。因此本实验提供了一种测量刚体转动惯量的新方法，实验思路新颖、科学，测量数据精确，仪器结构合理，维护简单方便，是开展研究型实验教学的新
仪器。
【实验目的】
1. 了解多功能计数计时毫秒仪实时测量（时间）的基本方法
2. 用刚体转动法测定物体的转动惯量
3. 验证刚体转动的平行轴定理
4. 验证刚体的转动惯量与外力矩无关
【实验原理】
1. 转动力矩、转动惯量和角加速度关系系统在外力矩作用下的运动方程
T×r+Mμ= Jβ2 （1）
由牛顿第二定律可知，砝码下落时的运动方程为：mg-T=ma
即绳子的张力T=m(g-rβ2)
砝码与系统脱离后的运动方程
Mμ= Jβ1 （2）
由方程（1）（2）可得
J=mr(g-rβ2)/(β2-β1) （3）
2. 角加速度的测量
θ=ω0t+?βt2 （4）
若在t1、t2 时刻测得角位移θ1、θ2
θ1=ω0 t1+?βt2 （5）
则
θ2=ω0 t2+?βt2 （6）
所以，由方程（5）、（6）可得
β=2（θ2 t1-θ1 t2）/ t1 t2（t2- t1）
【实验仪器】
IM-2刚体转动惯量实验仪（含霍尔开关传感器、计数计时多功能毫秒仪）
1010g) 两个钢质圆
柱（直径为
38mm，
量为
215mm ，质
一个钢
质圆
环（内径为
175mm ，外径为
400g）
为
量
质
】
步
骤
验
【实
1.实验准备
器调
平。将滑轮
验仪，并利用基座上的三颗调平螺钉，将仪
动惯
量实
在桌面上放置IM-2转
塔
槽与选
轮
槽等高，且其
整滑轮高度及方位，使滑轮
取的绕线
支架固定在实
验台面边
缘
，
调
方位相互垂直。
验时
，建议
设
置 1
用。当用于本实
门的开关应
接通，另一路断开作备
时器上光电
脑计
通用电
大
20组
数。
录
约
脉冲记
量记
数 1 次，1 次测
个光电
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0.4-0.6cm，转离磁钢，复位
平指示灯亮，开始计时
低电
计
数。
和
与霍尔
开关相对时，毫秒仪
，转
毫秒仪
动到磁钢
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。
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
中心重合，按与测
量空实
验
转
量
动惯
台
与转
将待测
动轴
试样
放上载
样几何中心轴
物台并使试
测量砝码作用下的角加速度β2 与砝码脱离后的角加速度β1，由（3）式的方法可分别
同样
验
2中算得的空实
台
动惯
量即可
骤
转
步
验台放上试
算实
样后的转
可计
动惯
量J，再减去实验
较
值
，计
比
量值
与理论
的相对
算测
误差。
试样
得到所测
值
动惯
的转
测
量。将该
量
4.验证平行轴定理
算两圆
柱体在此位置的转
孔中，测量并计
柱体对
物台上与中心距离为d的圆
将两圆
称插入载
，计
算测
的相对
值
误差。
量值
比较
量，将测
算
量值
动惯
计
与理论
5.验证刚体定轴转动惯量与外力矩无关
的
转
量，与理论
动惯
施加不同的外力矩，测定在不同外力矩下转盘
转盘
改变
通过
直径对
塔轮
证结
论
。
内验
行比较
值进
，在一定允许的误
差范围
【实验数据与处理 】（底纹部分为砝码落地） 1.测量空盘的转动惯量
塔轮半径 r=40mm 砝码100g 数据 第一组第二组第三组第四组第五组数据
第一组第二组第三组第四组第五组
∏ 1.418 1.675 1.159 1.280 2.189 11∏ 7.273 7.559 6.745 6.972 8.364 2∏ 2.377 2.677 2.026 2.190 3.286 12∏ 7.668 7.949 7.136 7.361 8.763 3∏ 3.161 3.474 2.758 2.945 4.128 13∏ 8.066 8.341 7.531 7.753 9.151 4∏ 3.835 4.150 3.399 3.600 4.844 14∏ 8.463 8.733 7.924 8.144 9.542 5∏ 4.441 4.755 3.982 4.192 5.471 15∏ 8.863 9.127 8.320 8.538 9.332 6∏ 4.991 5.301 4.515 4.731 6.042 16∏ 9.262 9.520 8.715 8.930 10.325 7∏ 5.504 5.810 5.015 5.235 6.564 17∏ 9.664
9.916
9.113 9.325 10.717 8∏ 5.981 6.282 5.481 5.704 7.054 18∏ 10.065 10.311 9.510 9.719
11.112
9∏ 6.434 6.730 5.924 6.149 7.512 19∏ 10.469 10.709 9.910
10.117 11.505
10∏ 6.862
7.153
6.342
6.569
7.950
20∏
10.871 11.105
10.309 10.512 11.902
数据处理
第一组第二组第三组第四组第五组平均值 β1 -0.04952 -0.04310 -0.04674 -0.03467 -0.05222 -0.04525 β2
0.8650 0.9171 0.8563 0.8729 0.8773 0.8777 转动惯
量 0.02138
0.02036
0.02165
0.02155
0.02103
0.02120
2.测量圆环的转动惯量
塔轮半径 r=40mm 圆环外径 215mm 内径 175mm 质量 1010g 数据 1 2 3 4 5 数据 1 2 3 4 5 ∏ 1.468 2.891 2.246 1.824 2.120 11∏ 8.233 10.403 9.627
9.019
9.418 2∏ 2.536 4.231 3.529 3.035 3.384 12∏ 8.704 10.887 10.110 9.496 9.895 3∏ 3.431 5.225 4.525 4.003 4.372 13∏ 9.178 11.360 10.582 9.962
10.365
4∏ 4.209 6.125 5.379 4.839 5.219 14∏ 9.651
11.837
11.058 10.433 10.838 5∏ 4.913 6.887 6.131 5.576 5.965 15∏ 10.128 12.311 11.533 10.902 11.310 6∏ 5.554 7.581 6.818 6.252 6.645 16∏ 10.603 12.790 12.011 11.375 11.785 7∏ 6.154 8.217 7.449 6.873 7.269 17∏ 11.082 13.267 12.488 11.846 12.259 8∏ 6.713 8.813 8.043 7.456 7.854 18∏ 11.559 13.748 12.969 12.321 12.737 9∏ 7.245 9.370 8.598 8.002 8.401 19∏ 12.040 14.227 13.448 12.795 13.213 10∏ 7.749
9.901
9.127
8.524
8.923
20∏
12.520 14.710
13.931 13.273 13.693
数据处理 第一组第二组第三组第四组第五组平均值 β1 -0.03172 -0.009620 -0.009650 -0.01250 -0.01478 -0.01164 β2
0.6071
0.5972
0.5955
0.5917
0.6015
0.5986
转盘+环0.03062 0.03224 0.03233 0.03238 0.03174 0.03186 动环0.009430 0.01105
0.01113
0.01118
0.01055 0.01067
惯
误差实测值:0.01067
百分误差
量计算
9.98%
理论值:0.009702
3.验证平行轴定理（圆柱体直径38mm质量2×400g）
（1）D=40mm
数据 1 2 3 4 5 数据 1 2 3 4 5
∏ 2.045 1。810 1.520 1.873 1.779 11∏8.392 8.062 7.632 8.188 8.045 2∏ 3.162 2.898 2.538 2.972 2.860 12∏8.803 8.472 8.040 8.600 8.457 3∏ 4.029 3.745 3.353 3.828 3.707 13∏9.206 8.875 8.444 9.007 8.862 4∏ 4.766 4.468 4.061 4.561 4.432 14∏9.614 9.282 8.851 9.417 9.272 5∏ 5.412 5.106 4.689 5.205 5.072 15∏10.019 9.687 9.256 9.826 9.680 6∏ 6.000 5.687 5.266 5.793 5.657 16∏10.429 10.096 9.665 10.238 10.091 7∏ 6.538 6.221 5.796 6.331 6.194 17∏10.837 10.504 10.073 10.649 10.501 8∏7.043 6.722 6.295 6.837 6.690 18∏11.248 10.915 10.484 11.063 10.915 9∏7.515 7.191 6.763 7.310 7.170 19∏11.658 11.324 10.894 11.476 11.327 10∏7.966 7.639 7.209 7.761 7.619 20∏12.071 11.737 11.307 11.893 11.743
第五组
第四组
平均值
第三组
数据处
理第一组第二组
β1 -0.03476 -0.03488 -0.03880 -0.03030 -0.02600 -0.03309
β2 0.8184 0.8236 0.8051 0.8095 0.8110 0.8135
转
动0.001527 0.001384 0.001778 0.001890 0.001951 0.001706
差
：0.0008530 百分误
实测
值
19.80%
量
惯
值
：0.0007120
理论
（2）D=80mm
数据 1 2 3 4 5 数据 1 2 3 4 5
∏ 2.114 1.722 2.253 1.961 1.771 11∏8.994 8.391 9.140 8.869 8.494 2∏ 3.335 2.847 3.464 3.148 2.912 12∏9.422 8.835 9.588 9.323 8.940 3∏ 4.259 3.743 4.399 4.081 3.815 13∏9.884 9.274 10.029 9.771 9.379 4∏ 5.051 4.516 5.196 4.882 4.594 14∏10.329 9.716 10.474 10.223 9.822 5∏ 5.749 5.198 5.898 5.558 5.283 15∏10.773 10.157 10.917 10.673 10.263 6∏ 6.388 5.825 6.537 6.234 5.913 16∏11.221 10.602 11.364 11.127 10.708 7∏ 6.974 6.400 7.123 6.826 6.492 17∏11.668 11.046 11.810 11.579 11.152 8∏7.525 6.941 7.672 7.381 7.036 18∏12.118 11.493 12.259 12.035 11.599 9∏8.040 7.448 8.186 7.902 7.456 19∏12.567 11.939 12.707 12.490 12.045 10∏8.531 7.992 8.676 8.389 8.033 20∏13.019 12.389 13.159 12.948 12.495
第五组
平均值
第四组
数据处
理第一组第二组
第三组
β1 -0.03247 -0.03681 -0.02669 -0.02270 -0.02706 -0.02902
β2 0.6924 0.6926 0.6936 0.6652 0.6860 0.6860
转
动0.005750 0.005604 0.005923 0.006204 0.006197 0.005936 ：0.002968 百分误
差
值
实测
12.77%
量
惯
：0.002632
理论
值
（3）D=120mm
数据 1 2 3 4 5 数据 1 2 3 4 5
∏ 2.176 2.327 2.189 2.503 2.491 11∏9.760 9.954 9.755 10.187 10.234 2∏ 3.483 3.651 3.492 3.853 3.857 12∏10.258 10.452 10.252 10.687 10.732 3∏ 4.508 4.682 4.513 4.895 4.914 13∏10.748 10.943 10.742 11.179 11.223 4∏ 5.387 5.564 5.390 5.786 5.813 14∏11.242 11.438 11.236 11.676 11.718 5∏ 6.162 6.324 6.163 6.568 6.602 15∏11.735 11.931 11.728 12.171 12.212 6∏ 6.870 7.052 6.870 7.282 7.321 16∏12.232 12.428 12.225 12.671 12.709 7∏7.519 7.704 7.519 7.935 7.979 17∏12.728 12.924 12.720 13.169 13.205 8∏8.129 8.316 8.128 8.548 8.595 18∏13.228 13.424 13.219 13.671 13.705 9∏8.700 8.890 8.697 9.122 9.169 19∏13.726 13.922 13.717 14.171 14.203 10∏9.244 9.436 9.241 9.669 9.716 20∏14.228 14.424 14.219 14.676 14.706
第四组
第五组
平均值
第三组
数据处
理第一组
第二组
β1 -0.02348 -0.01940 -0.02382 -0.02254 -0.01723 -0.02195
β2 0.5543 0.5570 0.5572 0.5570 0.5677 0.5546
转
动0.01273 0.01282 0.01256 0.01247 0.01352 0.01282
差
：0.01282 百分误
实测
值
9.85%
量
惯
：0.01167
值
理论
4.验证转动惯量与外力矩无关
半径r=50mm
塔轮
数据 1 2 3 4 5 数据 1 2 3 4 5
∏ 1.258 1.477 1.367 1.315 1.230 11∏ 6.520 6.884 6.739 6.638 6.478 2∏ 2.119 2.397 2.266 2.199 2.086 12∏ 6.914 7.279 7.134 7.032 6.872 3∏ 2.814 3.123 2.984 2.908 2.778 13∏7.307 7.637 7.528 7.424 7.265 4∏ 3.418 3.748 3.605 3.522 3.381 14∏7.703 8.070 7.926 7.820 7.661 5∏ 3.956 4.298 4.154 4.067 3.917 15∏8.098 8.465 8.321 8.214 8.055 6∏ 4.450 4.800 4.656 4.564 4.411 16∏8.496 8.864 8.720 8.612 8.453 7∏ 4.905 5.261 5.116 5.021 4.865 17∏8.893 9.261 9.118 9.008 8.849 8∏ 5.334 5.694 5.548 5.452 5.293 18∏9.293 9.662 9.519 9.407 9.249 9∏ 5.736 6.099 5.953 5.855 5.695 19∏9.691 10.061 9.919 9.805 9.648 10∏ 6.129 6.492 6.346 6.247 6.087 20∏10.093 10.463 10.322 10.207 10.050
第五组
第四组
平均值
数据处
理第一组
第二组第三组
β2 -0.04709 -0.04261 -0.04674 -0.04727 -0.04293 -0.04533
β1 1.0840 1.0916 1.0707 1.0789 1.0807 1.0811
惯
量0.02159 0.02153 0.02185 0.02168 0.02173 0.02168
转动
动惯
量与外力矩无关
体转
内，刚
误差：2.25% 由此可知：在误
差范围
【误差分析】
★注：本实验测量刚体转动惯量和验证平行轴定理的实验误差较大，现对误差产生原因进行如下分析：
1.实验设施较为简陋，各刚体的尺寸以及质量有一定的不准确性
2.实验时缠绕细线的松紧度不同，讨论认为这会对实验结果有一定的影响
3.因塔轮每个槽处都有一定的宽度，所以在砝码下落过程中细线并非时刻保持水平
4.细线和塔轮以及细线和滑轮之间存在摩擦
5.每次释放时砝码不完全静止且每次的释放高度可能不相同
6.释放时刚体可能获得了一定的初速度
测量刚体的转动惯量实验报告及数据处理 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
实验讲义补充： 1.刚体概念：刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不 变的物体。 2.转动惯量概念：转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度。它取决于刚体的总质量，质量分 布、形状大小和转轴位置 3.转动定律：合外力矩=转动惯量×角加速度 4.转动惯量叠加： 空盘：（1）阻力矩（2）阻力矩＋砝码外力→J1 空盘＋被测物体：（1）阻力矩（2）阻力矩＋砝码外力→J2 被测物体：J3=J2-J1 5.转动惯量理论公式：圆盘&圆环J=0.5mr2,J=0.5m(r12+r12) 6.转动惯量实验仪器：水准仪；线水平；线与孔不产生摩擦；塔轮选小的半径；至少3个塔轮 半径，3组砝码质量 7.计数器：遮光板半圈π；单电门，多脉冲；空盘15圈，20个值；加上被测物体，8个值； 8.泡沫垫板 9.重力加速度：s^2 10.质量：1次读数，包括砝码，圆盘，圆环，以及两圆柱体； 11.游标卡尺：6次读数，包括圆盘半径，圆环内外半径，塔轮半径，转盘上孔的内外半径（求 平均值） 12.实验目的：测量值与理论值对比 实验计算补充说明： 1.有效数字：质量，故有效数字为3位 2.游标卡尺：，读数最后一位肯定为偶数； 3.误差&不确定度： （1）理论公式计算的误差： 圆盘：J=0.5mR2（注意：直接测量的是直径） 质量m=±；（保留4位有效数字） um=*100%=% 半径R=± 若测6次,x1,x2,x3,x4,x5,x6,i=6，计算x平均值 ， 取n=6时的 ，我们处理为0 C=,仪器允差,δB= 总误差：,ux= m
实验一求不规则物体的重心 一、实验目的：用悬吊法和称重法求出不规则物体的重心的位置。 二、实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，直尺、积木、磅秤、胶带、白纸等。 三、实验原理方法简述 （一）悬吊法求不规则物体的重心 适用于薄板形状的物体，先将纸贴于板上，再在纸上描出物体轮廓，把物体悬挂于任意一点A，如图1-1（a）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在与板贴在一起的纸上画出此线。然后将板悬挂于另外一点B，同样可以画出另外一条直线。两直线的交点C就是重心，如图1-1（b）所示。 A (a) 图1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心 对于由纵向对称面且纵向对称面内有对称轴的均质物体，其重心必在对称轴上。
图1-2 首先将物体支于纵向对称面内的两点，测出两个支点间的距离l ，其中一点置于磅秤上，由此可测得B 处的支反力N1F 的大小，再将连杆旋转180O ，仍然保持中轴线水平，可测得N2F 的大小。重心距离连杆大头端支点的距离C x 。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程： C 1N N21N =?-?=+x W l F W F F 根据上面的方程，可以求出重心的位置： N2 N11N F F l F x C +?= 四、实验数据及处理 （一）悬吊法求不规则物体的重心 （二）称重法求对称连杆的重心。 a.将磅秤和支架放置于多功能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴中心对准磅秤的中心位置。并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。记录此时磅秤的读数 F N1=1375g b.取下连杆，记录磅秤上积木的重量F J1=385g c.将连杆转?180，重复a 步骤，测出此时磅秤读数F N2=1560g d.取下连杆，记录磅秤上积木的重量F J1=0g
转动惯量实验报告 一．实验目的 (1) 学会用落体法转动实验仪测定刚体的转动惯量； (2) 研究刚体的转动惯量与形状、大小及转轴位置的关系。 三．实验仪器描述 本实验所用NNZ-2型刚体转动实验仪由主机和测量仪表与拉线牵引台辅机及待测刚体球、环、盘、棒等组成。主机包括基础转盘和测量传感器；辅机由转数表和计时表、拉线、悬臂及砝码。 四．实验内容 1.测量基础转盘的转动惯量 2.测量圆环(或圆盘)的转动惯量 3.测双球的转动惯量并用球体验证平行移轴定理。 五．测量及实验步骤
1.测量基础转盘的转动惯量： 将主机上的霍尔传感器输出端插头和电磁铁及电插头，插入辅机的对应插口。将砝码托盘上的挂线穿过悬臂上的滑轮并使其一端固定在转轴上。（1）调节好主机和辅机的高度，使拉线与悬臂轴线平行，为此，悬臂上设有两个定位钉，使拉线通过两个定位钉即可。 （2）打开辅机上的电源开关，这时电磁铁会自动将基础转盘锁住。我们已将转数设为16个脉冲，即测量转2周的转动时间。 （3）绕线与测试准备--测试键-完成测试：主机因电磁铁失电而解锁，砝码从静止开始下落，刚体转动2周后，电磁铁自动吸合，重新锁紧转动的刚体，并显示刚体转动2周的下落时间。绕线键-主机解锁，重新绕线，绕线合适位置后完毕按下准备键，仪表全部数据归零，做好测量准备，主机（转动刚体）通过电磁铁被锁紧；按下测试键,再次测试转动2周的时间。 这里要特别强调，绕线到合适位置的含义。因为我们要测出刚体完整转动2周的时间，霍尔传感器给出开始和结束讯号的位置就必须是同一位置，这是减少误差的重要环节。 （4）测试在砝码托盘上放200g砝码，然后点按一下测试键，电磁铁失电，砝码带动刚体作匀加速转动，计时仪表开始计时，当刚体转动2周结束
南昌大学物理实验报告 课程名称：扭摆法测定物体转动惯量 实验名称：扭摆法测定物体转动惯量 学院：信息工程学院专业班级：测控技术与仪器152班 学生姓名：夏正彬学号：5801215044 实验地点：基础实验大楼座位号：13 实验时间：第四周星期二（下午）一点开始
一、实验目的： 1.测定弹簧的扭转常数 k， 2.测定形状不同物体的转动惯量并与理论值比较， 3.验证转动惯量平行轴定理。 二、实验原理： 将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 直轴做往返扭转运动。根据胡可定律，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 M=-k? 式中 k 为弹簧的扭转常量，根据转动惯量 M=Iβ即β= 式中 I 为物体绕转轴的转动惯量，β为角角速度，由上式得 β==-=-ω2θ 上式ω2=，忽略轴承的摩擦阻力钜。 上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正 比，且方向相反，此方程的解为 θ=Acos（ωt+φ） 式中，A 为谐振动的角振幅，φ为初相位，ω为角速度，此谐振动的周期为 T==2π（4-4）
由式（4-4）可知，只要试验测得物体扭摆的摆动周期，并在 I 和 k 中任
何一个量已知时即可算出另一个量。 转动惯量组合定理：若一个物体由几部分组成，每一部分相对转轴的转动惯量分别为 I ?,I ?,I ?…, 那么整个物体对转动轴的转动惯量为 I ? +I ?+I ?+…本实验用一个几何 形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论共式直接计算 得到，再算出本仪器弹簧的 k 值。 如先测载物盘转动的周期 T?，有 T=2π（4-5）再测载物盘加塑料圆柱转动的周期 T?，有 T?=2π（4-6）I?′为塑料圆柱转动惯量理论计算值 I ?′= （4-7） 由式（4-5）和式（4-6）可得 k=4π2 (4-8) 若要测定其他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（4-4）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量： I=-I?(4-9)
理论力学实验报告 实验名称：ZME-I型理论力学 多功能试验台实验 指导教师： 学院：建筑工程学院 班级：工力131 学号： 姓名： 时间：2016.12.29 昆明理工大学
ZME-I型理论力学多功能试验台实验报告 实验设备名称： ZME-I型理论力学多功能试验台 实验日期： 2016.12.27 试验一：测试单自由度振动系统的变形，计算刚度系数与固有频率 一、实验目的 1.了解并掌握单自由度振动系统的刚度系数k的测定； ； 2.求取单自由度振动系统的固有频率f 二、实验设备和仪器 1.ZME—1理论力学多功能实验装置； 2.质量为0.138kg的高压输电线模型； 3.100g砝码2个，200g砝码2个； 三、实验原理 弹簧质量组成的单自由度振动系统，在弹簧的线性变形范围内，系统的变形和所受到的外力的大小成线性关系。据此，施加不同的力，产生不同的变形，可以得到系统的刚度系数。 四、实验方法与步骤： 1.将砝码托盘挂在弹簧质量系统塑料质量模型下的小孔内，记录此时塑料质量模型上指针的位置； 2.首先把一个200g的砝码放在砝码托盘上，稳定后读取并记录指针的偏移位置； 3.逐步增加砝码质量至600g，并记录相应的指针偏移位置； 4.在坐标上画出系统变形与砝码重量之间的关系曲线； 5.计算振动系统的刚度系数和固有频率。 图1 加200g砝码图2 加至600g砝码
五、数据记录及处理： 表一： 5.88 75 48 122.5 图3 振体竖向变形图 1.单自由度系统的等效刚度： l k eq ?=W =125.33N/m 2.单自由度系统的固有振动频率： m k 21f eq n π = =4.8Hz 实验二：物体重心的测试 一、实验目的： 1.用悬吊法测取不规则物体的重心位置； 2.用称量法测取连杆的重心位置，并计算其重量。 二、实验设备和仪器： 1.ZME —1理论力学多功能实验台； 2.不规则物体（各种型钢组合体）； 3.连杆1个； 4.台秤1台。 三、实验原理： 物体重心的位置是固定不变的，利用柔软细绳的受力特点和二力平衡原理，我们可以用悬挂的方法决定重心的位置；再利用平面一般力系的平衡条件，可以测取连杆的重心位置和物体的重量。
扭摆法测定物体的转动惯量 一、实验目的 1.测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）K 。 2.测定熟料圆柱体、金属圆筒、木球与金属细长杆的转动惯量。 3.验证转动惯量的平行轴定理。 二、实验器材 扭摆、转动惯量测试仪、金属圆筒、实心塑料圆柱体、木球、验证转动惯量平行轴定理用的金属细杆（杆上有两块可以自由移动的金属滑块）、游标卡尺、米尺 托盘天平。 三、实验原理 1.测量物体转动惯量的构思与原理 将物体在水平面内转过以角度θ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。更具胡克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度θ成正比，即 M K θ=- 式中K 为弹簧的扭转常数。 若使I 为物体绕转轴的转动惯量，β为角加速度，由转动定律M I β=可得 M K I I βθ= =- 令2K I ω= ，忽略轴承的磨察阻力距，得 222d dt θ βωθ==- 上式表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。方程的解为 cos()A t θω?=+ 式中A 为简谐振动的角振幅，?为初相位角，ω为角速度。谐振动的周期为 22T πω = =由上式可知，只要通过实验测得物体扭摆的摆动周期，并在I 和K 中任何一个量已知时即可计算出另外一个量。 本实验使用一个几何形状规则的小塑料圆柱，它的转动惯量可以根据质量
和几何尺寸用理论公式直接计算得到，将其放在扭摆的金属载物盘上，通过测定其在扭摆仪上摆动时的周期，可算出仪器弹簧的K 值。若要测定其他形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在同一扭摆仪顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。 假设扭摆上只放置金属载物圆盘时的转动惯量为0I ，周期为0T ，则 2 20 04T I K π= 若在载物圆盘上放置已知转动惯量为'1I 的小塑料圆柱后，周期为1T ，由转动惯量的可加性，总的转动惯量为'01I I +，则 222 '2 '1 010144()T I I T I K K ππ=+=+ 解得 ' 2 12 2 104I K T T π=- 以及 '2 1002 2 10 I T I T T =- 若要测量任何一种物体的转动惯量，可将其放在金属载物盘上，测出摆动周期T ，就可算出其转动惯量I ，即 202 4KT I I π =- 本实验测量木球和金属细杆的转动惯量时，没有用金属载物盘，分别用了支架和夹具，则计算转动惯量时需要扣除支架和夹具的转动惯量。 2.验证物体转动惯量的平行轴定理 本实验利用金属细杆和两个对称放置在细杆两边凹槽内的滑块来验证平行轴定理。测量整个系统的转动周期，可得整个系统的转动惯量的实验值为 22 4KT I π= 当滑块在金属细杆上移动的距离为x 时，根据平行轴定理，整个系统对中心轴转动惯量的理论计算公式应为 '2+2+2m I I I I x =+细杆夹具滑块滑块 式中I 滑块为滑块通过滑块质心轴的转动惯量理论值。 如果测量值I 与理论计算值'I 相吻合，则说明平行轴定理得证。
20XX190201班理论力学实验报告数据已填 写 实验一求不规则物体的重心 一、实验目的：用悬吊法和称重法求出不规则物体的重心的位置。 二、实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，直尺、积木、磅秤、胶带、白纸等。三、实验原理方法简述 （一）悬吊法求不规则物体的重心 适用于薄板形状的物体，先将纸贴于板上，再在纸上描出物体轮廓，把物体悬挂于任意一点A，如图1-1（a）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在与板贴在一起的纸上画出此线。然后将板悬挂于另外一点B，同样可以画出另外一条直线。两直线的交点C就是重心，如图1-1（b）所示。 FFABCWW(a)A(b) 图1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心 对于由纵向对称面且纵向对称面内有对称轴的均质物体，其重心必在对称轴上。 AxCAWBFN1lWBxCFN2l(a)(b)
图1-2 首先将物体支于纵向对称面内的两点，测出两个支点间的距离l，其中一点置于磅秤上，由此可测得B处的支反力FN1的大小，再将连杆旋转180O，仍然保持中轴线水平，可测得FN2的大小。重心距离连杆大头端支点的距离xC。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程： FN1?FN2?WFN1?l?W?xC?0 根据上面的方程，可以求出重心的位置： xC?FN1?l FN1?FN2四、实验数据及处理 （一）悬吊法求不规则物体的重心 A C B （二）称重法求对称连杆的重心。 a.将磅秤和支架放置于多功能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴中心对准磅秤的中心位置。并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。记录此时磅秤的读数FN1=1375g b.取下连杆，记录磅秤上积木的重量FJ1=385g c.将连杆转180?，重复a步骤，测出此时磅秤读数 FN2=1560g d.取下连杆，记录磅秤上积木的重量FJ1=0g e.测定连杆两支点间的距离l=221mm f.计算连杆的重心位置
实验讲义补充： 1.刚体概念：刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不 变的物体。 2.转动惯量概念：转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度。它取决于刚体的总质量，质量分布、 形状大小和转轴位置 3.转动定律：合外力矩=转动惯量×角加速度 4.转动惯量叠加： 空盘：（1）阻力矩（2）阻力矩＋砝码外力→J1 空盘＋被测物体：（1）阻力矩（2）阻力矩＋砝码外力→J2 被测物体：J3=J2-J1 5.转动惯量理论公式：圆盘&圆环J=0.5mr2,J=0.5m(r12+r12) 6.转动惯量实验仪器：水准仪；线水平；线与孔不产生摩擦；塔轮选小的半径；至少3个塔轮 半径，3组砝码质量 7.计数器：遮光板半圈π；单电门，多脉冲；空盘15圈，20个值；加上被测物体，8个值； 8.泡沫垫板 9.重力加速度：s^2 10.质量：1次读数，包括砝码，圆盘，圆环，以及两圆柱体； 11.游标卡尺：6次读数，包括圆盘半径，圆环内外半径，塔轮半径，转盘上孔的内外半径（求 平均值） 12.实验目的：测量值与理论值对比 实验计算补充说明： 1.有效数字：质量，故有效数字为3位 2.游标卡尺：，读数最后一位肯定为偶数； 3.误差&不确定度： （1）理论公式计算的误差： 圆盘：J=0.5mR2（注意：直接测量的是直径） 质量m=±；（保留4位有效数字） um=*100%=% 半径R=± 若测6次,x1,x2,x3,x4,x5,x6,i=6，计算x平均值 ， 取n=6时的 ，我们处理为0 C=,仪器允差,δB= 总误差：,ux= m
,u rx==% R=± urx=% 计算转动惯量的结果表示： J=0.5mR2，总误差：uJ=√[(0.5R2u m)2+(mRu R)2]，相对不确定=uJ/J 圆环：J=0.5m(R12+R22)，同上. （2）实验测量计算的误差： J=mR(g?Rβ2)β2?β1 根据，，对R（塔轮半径），m（砝码质量）,β2和β1求导， ?J ?m=R(g?Rβ2)β2?β1 ?J ?R=mg?2Rβ2β2?β1 ?J ?β2=?mR2（β2?β1）?mR(g?Rβ2) (β2?β1)^2 ?J ?β1= mR(g?Rβ2) (β2?β1)^2
理论力学转动惯量 实验报告
【实验目的】 1. 了解多功能计数计时毫秒仪实时测量（时间）的基本方法 2. 用刚体转动法测定物体的转动惯量 3. 验证刚体转动的平行轴定理 4. 验证刚体的转动惯量与外力矩无关 【实验原理】 1.转动力矩、转动惯量和角加速度关系系统在外力矩作用下的运动方程 T×r+Mμ=Jβ2（1）由牛顿第二定律可知，砝码下落时的运动方程为：mg-T=ma 即绳子的张力T=m(g-rβ2) 砝码与系统脱离后的运动方程 Mμ=Jβ1（2）由方程（1）（2）可得 J=mr(g-rβ2)/(β2-β1) （3） 2.角加速度的测量 θ=ω0t+?βt2（4）若在t1、t2时刻测得角位移θ1、θ2 则θ1=ω0 t1+?βt2（5） θ2=ω0 t2+?βt2（6） 所以，由方程（5）、（6）可得 β=2（θ2 t1-θ1 t2）/ t1 t2（t2- t1）【实验仪器】
1、IM-2刚体转动惯量实验仪(含霍尔开关传感器、计数计时多功能毫秒仪、一根细绳、一个质量为100g的砝码等，塔轮直径从下至上分别为30mm、40mm、50mm、60mm，载物台上的孔中心与圆盘中心的距离分别为40mm、80mm、120mm) 2、一个钢质圆环(内径为175mm，外径为215mm，质量为995g) 3、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，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为20。 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。 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β2与砝码脱离后的角加速度β1，由（3）式可计算实验台放上试样后的转动惯量J，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。 【实验数据与处理】 1.测量空盘的转动惯量 塔轮半径r=40mm 砝码100g
实验名称：刚体转动惯量的测量 姓 名 学 号 班 级 桌 号 同组人 本实验指导教师 实验地点：基教1208教室 实验日期 20 年 月 日 时 段 一、实验目的： 1. 用实验方法检验刚体的转动定律； 2. 掌握利用刚体转动定律测定刚体转动惯量的实验方法； 3. 学习曲线改直的方法； 4. 学习用ORIGIN 软件处理实验数据。 二、实验仪器与器件 刚体转动惯量仪一套，毫秒计时器一台，铝圆环一个，请自带计算器。 三、实验原理： 当砝码以加速度a 加速下落带动转动体系运动时，在a < （b ）若ω00=，则有 βθ= 22t ， m g r M I t -=μθ 22 m I gr t M gr k t C =?+=?+21122θμ 改变m ，测得不同的 1 2t ，由线性回归法求出k ，可得转动惯量 I ＝ 。 测量铝环绕轴的转动惯量，可先测量承载时的转动惯量I ，再测量空载时的转动惯量I 0，则其转动惯量 =x I 。 四、实验内容： 1. 用计算法测量铝环对中心轴的转动惯量 (1) 测承载时的转动惯量I 把铝环放在承物台上，取m 为9个砝码质量，r =2.50cm （第3个塔轮半径），取θθ12,分别为2π和8π，所对应的时间t 1和t 2，即由毫秒计分别读出所对应的时间t 1和t 2。重复五次。取m 为3个砝码质量，其余条件不变，由毫秒计分别读出所对应的时间' 1t 和' 2t 。重复五次。 (2) 测空载时的转动惯量I 0 把铝环从承物台上取下，重复上述步骤，得t 1，t 2，' 1t ，' 2t ，重复五次。 2. 用最小二乘法处理数据，测铝环对中心轴的转动惯量 需要满足ω00=（怎样操作？），为此，挡光柱初始位置应在光电门处，使体系一开始转动就开始计时。 (1)测量I 实验2 刚体转动惯量的测量 [预习思考题] 1．实验中的刚体转动惯量实验仪是由哪几部分组成的？ 2．实验中可以通过什么方法改变转动力矩？ 3．实验中刚体转动过程的角加速度如何测得？ 转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量，对于绕定轴转动的刚体，它为一恒量，以J表示，即 ∑= i i i r m J2 式中，m i为刚体上各个质点的质量，r i为各个质点至转轴的距离。由此可见，物体的转动惯量J与刚体的总质量、质量分布及转轴的位置有关。对于几何形状规则、对称和质量分布均匀的刚体，可以通过积分直接计算出它绕某定轴的转动惯量。对于形状复杂或非匀质的任意物体，则一般要通过实验来测定，例如，机械零件、电机的转子、炮弹等。 测定物体的转动惯量有多种实验方法，主要分为扭摆法和恒力矩转动法两类。本实验介绍用塔轮式转动惯量仪测定的方法，是使塔轮以一定形式旋转，通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系，进行转换测量。该方法属于恒力矩转动法。 转动惯量是研究、设计、控制转动物体运动规律的重要参数，实验测定刚体的转动惯量具有十分重要的意义，是高校理工科物理实验教学大纲中的一个重要基本实验。 一、实验目的 1．学习用转动惯量仪测定刚体的转动惯量。 2．研究作用于刚体上的外力矩与角加速度的关系。 3．验证转动定律及平行轴定理。 二、实验仪器 IM－2刚体转动惯量实验仪及其附件（霍尔开关传感器、砝码等）和MS－1型多功能数字毫秒仪。 三、仪器介绍 1．滑轮 2．滑轮高度和方向调节组件 3．挂线 4．塔轮组 5．铝质圆盘承物台 6．样品固定螺母 7．砝码 8．磁钢 9．霍尔开关传感器 10．传感器固定架 11．实验样品水平调节旋钮（共3个） 12．毫秒仪次数预置拨码开关，可预设1－64次 13．次数显示屏 14．时间显示屏 l5．次数+1查阅键 16．毫秒仪复位键 17．+5V 电源接线柱 18．电源GND （地）接线柱 19．INPUT 输入接线柱 20．输入低电平指示 21．次数-1查阅键 图4-3-1 IM-2刚体转动惯量实验仪和MS －1型多功能数字毫秒仪结构示意图 IM-2刚体转动惯量实验仪主要由绕竖直轴转动的铝质圆盘承物台、绕线塔轮、霍尔开关传感器、磁钢、滑轮组件、砝码等组成。 样品放置在铝质圆盘承物台上，承物台上有许多圆孔，可用于改变样品的转轴位置。绕线塔轮是倒置的塔式轮，分为四层，自上往下半径分别为3cm 、2.5cm 、2cm 、1.5cm 。磁钢随转动系统转动，每半圈经过霍尔开关传感器一次，传感器输出低电平，通过连线送到多功能数字毫秒仪。传感器红线接毫秒仪+5V 电源接线柱，黑线接电源GND （地）接线柱，黄线接INPUT 输入接线柱。 MS －1型多功能数字毫秒仪通过预置拨码开关预置实验所需感应次数。每轮实验开始前通过复位键清0，直到输入低电平信号触发计时开始，次数显示屏从0次开始计时，直至达到预置次数停止。计时停止后，方能查阅各次感应时间。 四、实验原理 1. 任意样品的转动惯量测定 设转动惯量仪空载（不加任何样品）时的转动惯量为J 1，称为系统的本底转动惯量，转动惯量仪负载（加上样品）时的转动惯量为J 2，根据转动惯量的可加性，则样品的转动惯量J x 为 21x J J J =- 2. 系统的转动惯量测定 1）刚体的转动定律 刚体绕定轴转动时，刚体的角加速度与它所受的合外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，这个关系称为刚体的转动定律。 M J β= 利用转动定律，测得刚体转动时的合外力矩及该力矩作用下的角加速度，则可计算 理论力学组合实验报告 使用设备名称与型号 同组人员 实验时间 一、实验目的 理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是现代工程技术基础理论之一，在日常生 活、工程技术各领域都有着广泛的应用。这门学科的理论比较抽象，真正掌握也较困难。 本实验指导书介绍理论力学的六个小实验，让学生在做实验过程中既动手又动脑，培养 学生的创新思维和科学实验能力。 二、实验设备与仪器 理论力学多功能实验台ZME-1型 三、实验原理 四、实验操作步骤 实验（1）：求弹簧质量系统的固有频率 在高压输电线模型的砝码盘上，分四次挂上不同重量的砝码，观察并记录弹簧的变 形。 实验（2）：求重心的实验方法 （A）悬吊法 将求重心的型钢片状试件，用细绳将其挂吊在上顶板前端的螺钉上，再换一个位置 挂吊，通过两次挂吊便可求出重心位置。 （B）称量法 使用连杆、积木、台称，利用已学力学知识，用称量法求连杆的重量及重心位置。 实验（3）：验证均质圆盘转动惯量的理论公式 转动实验台右边手轮，使圆盘三线摆摆长下降为60cm，左手给三线摆一初始角（一般小于60），释放圆盘后，三线摆发生扭转振动。右手拿秒表，记录扭转十次或以上的时 间，并算出周期，比较实验与理论计算两种方法求得的转动惯量，确定误差，还可以求 摆长（四种长度）对误差的影响。 由弹簧的变形计算该系统的等效刚度和固有频率。 实验（4）：用等效方法求非均质物体转动惯量 分别转动左边两个三线摆的手轮，让有非均质摇臂的圆盘三线摆下降至摆长约60cm，也使配重相同的带有强磁铁的两个圆柱铁三线摆下降到相同的高度进行转动惯量等效实 验，测出扭转振动的周期，再与两个圆柱的三线摆计算周期进行等效，从而求出非均质 摇臂的转动惯量。 五、实验结果及分析计算 1、弹簧质量系统的固有频率 砝码重量（N） 弹簧变形量(mm) 2、连杆的重心 连杆两圆心距离(cm) 支撑力F1(N) 支撑力F2(N) 大学物理仿真实验——刚体转动惯量的测量 班级： 姓名： 学号： 实验名称：刚体转动惯量的测量 一、实验目的 在研究摆的重心升降问题时，惠更斯发现了物体系的重心与后来欧勒称之为转动惯量的量。转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量，它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。 本实验将学习测量刚体转动惯量的基本方法，目的如下： 1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量； 2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系 3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。 二、实验原理 1．刚体的转动定律 具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律： M = Iβ (1) 利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。 2．应用转动定律求转动惯量 如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。 设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a 下落，其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落的高度为h=at2/2。刚体受到 张力的力矩为T r 和轴摩擦力力矩M f 。由转动定律可得到刚体的转动运动方程：T r - M f = Iβ。绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到： m(g - a)r - M f = 2hI/rt2 (2) M f 与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a< 刚体绕轴转动惯性的度量。其数值为J=∑mi*ri^2，式中mi 表示刚体的某个质点的质量，ri表示该质点到转轴的垂直距离。 求和号（或积分号）遍及整个刚体。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计得。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。 描述刚体绕互相平行诸转轴的转动惯量之间的关系，有如下的平行轴定理：刚体对一轴的转动惯量，等于该刚体对同此轴平行并通过质心之轴的转动惯量加上该刚体的质量同两轴间距离平方的乘积。由于和式的第二项恒大于零，因此刚体绕过质量中心之轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者。 还有垂直轴定理：垂直轴定理 一个平面刚体薄板对于垂直它的平面轴的转动惯量，等于绕平面内与垂直轴相交的任意两正交轴的转动惯量之和。 表达式:Iz=Ix+Iy 刚体对一轴的转动惯量，可折算成质量等于刚体质量的单个质点对该轴所形成的转动惯量。由此折算所得的质点到转轴的距离，称为刚体绕该轴的回转半径κ，其公式为_____，式中M为刚体质量；I为转动惯量。 转动惯量的量纲为L^2M，在SI单位制中，它的单位是 kg·m^2。 刚体绕某一点转动的惯性由更普遍的惯量张量描述。惯量张量是二阶对称张量，它完整地刻画出刚体绕通过该点任一轴的转动惯量的大小。 补充对转动惯量的详细解释及其物理意义： 先说转动惯量的由来，先从动能说起大家都知道动能E=(1/2)mv^2，而且动能的实际物理意义是：物体相对某个系统（选定一个参考系）运动的实际能量，（P势能实际意义则是物体相对某个系统运动的可能转化为运动的实际能量的大小）。 E=(1/2)mv^2（v^2为v的2次方） 把v=wr代入上式(w是角速度,r是半径，在这里对任何物体来说是把物体微分化分为无数个质点，质点与运动整体的重心的距离为r,而再把不同质点积分化得到实际等效的r) 得到E=(1/2)m(wr)^2 由于某一个对象物体在运动当中的本身属性m和r都是不变的，所以把关于m、r的变量用一个变量K代替, K=mr^2 得到E=(1/2)Kw^2 K就是转动惯量，分析实际情况中的作用相当于牛顿运动平动分析中的质量的作用，都是一般不轻易变的量。 这样分析一个转动问题就可以用能量的角度分析了，而不必 实验三刚体转动惯量的测定 转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度。它与刚体的质量、形状大小和转轴的位置有关。形状简单的刚体，可以通过数学计算求得其绕定轴的转动惯量；而形状复杂的刚体的转动惯量，则大都采用实验方法测定。下面介绍一种用刚体转动实验仪测定刚体的转动惯量的方法。 实验目的： 1、理解并掌握根据转动定律测转动惯量的方法； 2、熟悉电子毫秒计的使用。 实验仪器： 刚体转动惯量实验仪、通用电脑式毫秒计。 仪器描述： 刚体转动惯量实验仪如图一，转动体系由十字型承物台、绕线塔轮、遮光细棒等（含小滑轮）组成。遮光棒随体系转动，依次通过光电门，每π弧度（半圈）遮光电门一次的光以计数、计时。塔轮上有五个不同半径（r）的绕线轮。砝码钩上可以放置不同数量的砝码，以获得不同的外力矩。 实验原理： 空实验台（仅有承物台）对于中垂轴OO’的转动惯量用J o表示，加上试样（被测物体）后的总转动惯量用J表示，则试样的转动惯量J1： J1 = J –J o (1) 由刚体的转动定律可知： T r – M r = J α (2) 其中M r 为摩擦力矩。 而 T = m(g -r α) (3) 其中 m —— 砝码质量 g —— 重力加速度 α —— 角加速度 T —— 张力 1． 测量承物台的转动惯量J o 未加试件，未加外力（m=0 , T=0） 令其转动后，在M r 的作用下，体系将作匀减速转动，α=α1，有 -M r1 = J o α1 (4) 加外力后，令α =α2 m(g –r α2)r –M r1 = J o α2 (5) （4）（5）式联立得 J o = 21 2212mr mgr ααααα--- (6) 测出α1 , α2，由（6）式即可得J o 。 2． 测量承物台放上试样后的总转动惯量J ，原理与1.相似。加试样后，有 -M r2=J α3 (7) m(g –r α4)r –Mr 2= J α4 (8) ∴ J = 23 4434mr mgr ααααα--- (9) 注意：α1 , α3值实为负，因此（6）、（9）式中的分母实为相加。 3． 测量的原理 设转动体系的初角速度为ωo ，t = 0 时θ= 0 ∵ θ=ωo t + 2 2 1t α (10) 测得与θ1 , θ2相应的时间t 1 , t 2 由 θ1=ωo t 1 + 2121t α (11) θ2=ωo t 2 + 2 22 1t α (12) 得 22112 22112) (2t t t t t t --= θθα (13) ∵ t = 0时，计时次数k=1（θ=л时，k = 2） ∴ []2 2 11222112)1()1(2t t t t t k t k ----= πα (14) k 的取值不局限于固定的k 1 , k 2两个，一般取k =1 , 2 , 3 , …,30,… F F B o C o W o A (a) (b) A A B W W X C l l ⑻ (b) x C A 7 F N 1 F N1 F N1 F N1 F N2 F N2 F N1 I 实验一求不规则物体的重心 一、 实验目的： 用悬吊法和称重法求出不规则物体的重心的位置。 二、 实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，直尺、积木、磅秤、胶带、白纸等。 三、 实验原理方法简述 （一）悬吊法求不规则物体的重心 适用于薄板形状的物体，先将纸贴于板上，再在纸上描出物体轮廓，把物体悬挂于任意一点 A ，如图 1-1（ a ）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在与板贴在一起的纸上画出 此线。然后将板悬挂于另外一点 B ，同样可以画出另外一条直线。 两直线的交点C 就是重心，如图1-1（b ） 所示。 图1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心 对于由纵向对称面且纵向对称面内有对称轴的均质物体，其重心必在对称轴上。 图1-2 首先将物体支于纵向对称面内的两点，测出两个支点间的距离 I ，其中一点置于磅秤上，由此可测得 B 处的支反力F N1的大小，再将连杆旋转 180°,仍然保持中轴线水平，可测得 F N2的大小。重心距离连杆 大头端支点的距离 x C 。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程: F N2二W 根据上面的方程，可以求出重心的位置: I -W x C =0 四、实验数据及处理 （一）悬吊法求不规则物体的重心 F NI =1375 g 4）连杆 a. 将磅秤和支架放置于多功 能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴 中心对准磅秤的中心位置。 并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。 记录此时磅秤的读数 b. 取下连杆，记录磅秤上积木的重量 F JI =385g c. 将连杆转180，重复a 步骤，测出此时磅秤读数 F N 2=1560g d. 取下连杆，记录磅秤上积木的重量 F JI =0 g e. 测定连杆两支点间的距离 I =221mm f. 计算连杆的重心位置 = （1375_385）_ _ 86mm 重心距离连杆大头端支点的距离 x C =86mm 。 1375 -385 1560 五、思考题 1. 在进行称重法求物体重心的实验中，哪些因素将影响实验的精度？ 答：影响实验精度的因素有： 1）磅秤的精度；2）支点位置的准确度；3 ）连杆中心线的水平度; 支点间距离测量的准确度，等。 实验四四种不同载荷的观测与理解 一、 实验目的： 通过实验理解渐加载荷，冲击载荷，突加载荷和振动载荷的区别。 二、 实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，磅秤，沙袋。 三、 实验原理方法： 大学物理仿真实验报告 电子３班 实验名称:刚体得转动惯量得研究 实验简介 在研究摆得重心升降问题时，惠更斯发现了物体系得重心与后来欧勒称之为转动惯量得量。转动惯量就是表征刚体转动惯性大小得物理量,它与刚体得质量、质量相对于转轴得分布有关。 本实验将学习测量刚体转动惯量得基本方法，目得如下: １．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量； 2。观察刚体得转动惯量与质量分布得关系 3.学习作图得曲线改直法,并由作图法处理实验数据。 实验原理 1。刚体得转动定律 具有确定转轴得刚体，在外力矩得作用下,将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体得转动惯量成反比,即有刚体得转动定律: Ｍ= Ｉβ（1) 利用转动定律，通过实验得方法,可求得难以用计算方法得到得转动惯量。 ２．应用转动定律求转动惯量 如图所示，待测刚体由塔轮,伸杆及杆上得配重物组成。刚体将在砝码得拖动下绕竖直轴转动。 设细线不可伸长,砝码受到重力与细线得张力作用，从静止开始以加速度a下落,其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落得高度为ｈ＝at2/2。刚体受到张力得力矩为T r与轴摩擦力力矩Mｆ。由转动定律可得到刚体得转动运动方程：T r—Mｆ= Iβ。绳与塔轮间无相对滑动时有ａ= rβ,上述四个方程得到: ｍ（g - ａ）r - Ｍf = 2hI/rｔ2（2) M f与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体得质量小得多时有a<＜ｇ， 所以可得到近似表达式： ｍｇr = 2ｈI／ rt2（3） 式中r、h、t可直接测量到，m就是试验中任意选定得。因此可根据(3）用实验得方法求得转动惯量I。 3．验证转动定律，求转动惯量 从（3)出发,考虑用以下两种方法： A．作m – 1/ｔ２图法：伸杆上配重物位置不变,即选定一个刚体，取固定力臂ｒ与砝码下落高度h,（3)式变为： M = K1/ t2（4） 式中K1= 2hI/ ｇr２为常量。上式表明：所用砝码得质量与下落时间ｔ得平方成反比。实验中选用一系列得砝码质量,可测得一组m与1／t2得数据,将其在直角坐标系上作图,应就是直线.即若所作得图就是直线，便验证了转动定律。 从ｍ–１/t2图中测得斜率K1,并用已知得h、r、ｇ值，由K１＝ 2hＩ/ gr2求得刚体得I. Ｂ.作r – 1/t图法：配重物得位置不变，即选定一个刚体，取砝码m与下落高度ｈ为固定值。将式(3）写为： 扭摆法测定物体的转动惯量 实验原理： 1．扭摆运动——角简谐振动 (1) 此角谐振动的周期为 （2） 式中，为弹簧的扭转常数式中，为物体绕转轴的转动惯量。 2．弹簧的扭转系数的测定： 实验中用一个几何形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到， 再由实验数据算出本仪器弹簧的值。方法如下： （1）测载物盘摆动周期，由（2）式其转动惯量为 （2）塑料圆柱体放在载物盘上，测出摆动周期，由（2）式其总转动惯量为 （3）塑料圆柱体的转动惯量理论值为 则由，得 （周期我们采用多次测量求平均值来计算） 3．测任意物体的转动惯量： 若要测定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，即 可算出该物体绕转动轴的转动惯量。 根据2内容，载物盘的转动惯量为 待测物体的转动惯量为 4．转动惯量的平行轴定理 实验内容与要求： 必做内容： 1．熟悉扭摆的构造及使用方法，以及转动惯量测试仪的使用方法。调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪的气 泡位于中心。（认真阅读仪器使用方法和实验注意事项） 2．测定扭摆的弹簧的扭转常数，写出。 3．测定塑料圆柱（金属圆筒）的转动惯量。并与理论值比较，求相对误差。 4．测定金属细杆+夹具的过质心轴的转动惯量。 5．滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。 数据记录： 一、测定弹簧的扭转系数 及各种物体的转动惯量: 表格一： ； ；0.01s ； 二、验证平行轴定理： 表格二： ； ； ； 。 ） ） () ( 滑块的总转动惯量为： 数据处理：（要求同学们写出详细的计算过程） 1．计算弹簧的扭转系数 ； ； ；； ；； ；； ； 2．计算物体的转动惯量（公式见表格） 3．验证平行轴定理（公式见表格）实验2 刚体转动惯量的测定
理论力学组合实验
大学物理仿真刚体的转动惯量实验报告
转动惯量实验报告
刚体转动惯量的测定_实验报告
理论力学实验报告
大学物理刚体的转动惯量的研究实验报告
实验报告-用扭摆法测定物体的转动惯量
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