大物仿真实验-刚体的转动惯量

刚体转动惯量的测定物本1001班张胜东（201009110024）李春雷（201009110059）郑云婌（201009110019）刚体转动惯量的测定实验报告【实验目的】1.熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测试仪的使用。

2.用扭摆测定弹簧的扭转常数K和几种不同形状的物体的转动惯量，并与理论值进行比较。

3.验证转动定理和平行轴定理。

【实验仪器】（1）扭摆（转动惯量测定仪）。

（2）实心塑料圆柱体、空心金属圆桶、细金属杆和两个金属块及支架。

（3）天平。

（4）游标卡尺。

（5）HLD-TH-II转动惯量测试仪（计时精度0.001ms）。

【实验原理】1.扭摆扭摆的构造如图所示，在垂直轴1 上装有一根薄片状的螺旋弹簧2，用以产生恢复力矩。

在轴的上方可以装上各种待测物体。

垂直轴与支座间装有轴承，以降低磨擦力矩。

3 为水平仪，用来调整系统平衡。

将物体在水平面内转过一角度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将物体在水平面内转过一角度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。

根据虎克定律，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b M ＝－K θ （1） 式中，K 为弹簧的扭转常数，根据转动定律 M ＝I β式中，I 为物体绕转轴的转动惯量，β为角加速度，由上式得 IM =β （2）令 LK=2ω ,忽略轴承的磨擦阻力矩，由（1）、（2）得 θωθθβ222-=-==I K dtd （3） 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) （4）式中，A 为谐振动的角振幅，φ为初相位角，ω为角速度，此谐振动的周期为KIT πωπ22==（5）由（5）可知，只要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一个量。

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公式直接计算得到，再算出本仪器弹簧的K 值。

篇一：大学物理实验报告测量刚体的转动惯量测量刚体的转动惯量实验目的：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=at/2。

刚体受到张力的力矩为tr和轴摩擦力力矩mf。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：tr - mf = iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：22m(g - a)r - mf = 2hi/rt (2)mf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<<g，所以可得到近似表达式：2mgr = 2hi/ rt (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量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：2a．作m – 1/t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和砝码下落高度h，（3）式变为：2m = k1/ t (4)2式中k1 = 2hi/ gr为常量。

上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。

实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。

即若所作的图是直线，便验证了转动定律。

222从m – 1/t图中测得斜率k1，并用已知的h、r、g值，由k1 = 2hi/ gr求得刚体的i。

刚体转动惯量实验结论总结一、实验目的二、实验原理1. 刚体转动惯量的概念2. 转动惯量的计算方法3. 受力情况下刚体的运动方程三、实验器材和仪器四、实验步骤及数据处理方法1. 实验步骤2. 数据处理方法五、实验结果分析与讨论1. 实验结果分析2. 讨论与误差分析六、结论总结一、实验目的本次实验旨在通过测量不同形状物体的转动惯量，掌握刚体转动惯量的测量方法，以及了解不同形状物体的转动惯量与其几何形状之间的关系。

二、实验原理1. 刚体转动惯量的概念刚体转动惯量是描述刚体绕某个轴旋转难易程度大小的物理量，用符号I表示。

在确定某个轴时，一个物体对于这个轴有一个特定的转动惯量。

单位是千克·米²（kg·m²）。

2. 转动惯量的计算方法对于简单几何形状，可以通过公式计算出其转动惯量：（1）圆环的转动惯量：I = MR²（2）圆柱的转动惯量：I = ½MR²（3）球体的转动惯量：I = ⅖MR²（4）长方体的转动惯量：I = ⅓ML²其中，M为物体质量，R为物体到旋转轴的距离，L为物体在旋转轴上的长度。

对于复杂几何形状，可以通过测量不同角速度下物体绕轴旋转的时间以及物体质量、长度等参数计算出其转动惯量。

3. 受力情况下刚体的运动方程当刚体受到外力作用时，根据牛顿第二定律可以得到刚体在运动过程中所满足的运动方程：Στ=Iα其中，Στ是刚体受到所有外力所产生的合力矩，α是刚体角加速度。

根据这个公式可以求出物体在受到一定力矩作用下所产生的角加速度。

三、实验器材和仪器本实验所需器材和仪器有：1. 转动惯量测量装置2. 数字示波器3. 计时器4. 直尺、卡尺等测量工具四、实验步骤及数据处理方法1. 实验步骤（1）将待测物体放置在转动惯量测量装置上，调整装置使其能够绕水平轴旋转。

（2）将数字示波器接在装置上，通过示波器观察物体绕轴旋转的角度和时间。

刚体转动惯量的测量实验报告刚体转动惯量的测量实验报告引言：刚体转动惯量是描述刚体对转动运动的惯性大小的物理量。

在本次实验中，我们将通过测量刚体转动的角加速度和外力矩，来计算刚体的转动惯量。

通过实验的结果，我们可以验证刚体转动惯量的计算公式，并进一步理解刚体转动的基本原理。

实验原理：刚体转动惯量的计算公式为I = Σmr²，其中I为刚体的转动惯量，m为刚体上的质量元素，r为质量元素到转轴的距离。

根据这个公式，我们可以推导出刚体转动惯量的测量方法。

实验装置：本次实验所用的装置包括一个转轴、一个刚体、一个质量盘、一个细线、一个计时器和一个测力计。

实验步骤：1. 将转轴固定在水平台上，并确保转轴能够自由转动。

2. 将刚体挂在转轴上，并调整刚体的位置，使其能够在转轴上自由转动。

3. 在刚体上选择一个质量元素，将质量盘放在该质量元素上，并用细线将质量盘与刚体连接起来。

4. 在细线上挂上测力计，并将测力计的读数调整到零位。

5. 给刚体一个初速度，使其开始转动，并同时启动计时器。

6. 在刚体转动的过程中，记录测力计的读数和计时器的时间。

7. 重复以上步骤，分别在刚体上选择不同的质量元素进行实验。

实验数据处理：根据实验步骤中记录的数据，我们可以计算出刚体的角加速度和外力矩。

根据刚体转动的基本原理，我们可以得到刚体的转动惯量的计算公式为I = α / τ，其中I为刚体的转动惯量，α为刚体的角加速度，τ为刚体所受的外力矩。

通过实验数据的处理，我们可以得到不同质量元素下的角加速度和外力矩的数值。

将这些数值代入公式中，我们可以计算出刚体的转动惯量。

通过对比实验结果和理论值，我们可以验证刚体转动惯量的计算公式的准确性。

实验结果与讨论：根据实验数据的处理，我们得到了不同质量元素下的角加速度和外力矩的数值。

通过计算，我们得到了刚体的转动惯量的数值。

将实验结果与理论值进行对比，我们发现实验结果与理论值吻合较好，证明了刚体转动惯量的计算公式的准确性。