常熟理工刚体转动定律的研究(新)OK

补1 刚体转动定律的研究 刚体的转动定律是刚体转动的动力学规律，具有与牛顿第二定律 相当的地位，其规律形式为 ，式中 为刚体所受的合外力矩，与牛顿第二定律的合外力 相当；角加速度 与线加速度 相当；而反映刚体转动惯性的转动惯量 则与质量 相当。由于刚体具有实际的形状和大小，因此研究刚体的转动规律、测量刚体的转动惯量，在机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与制造、航空、航天、航海、军工等工程技术和科学研究中都具有十分重要的实际意义。 【实验目的】 1. 研究刚体转动时，合外力矩和刚体转动角加速度的关系，验证刚体转动定律。 2. 学习一种测量刚体转动惯量的方法。 3. 学习用作图法处理实验数据。 4. 学会使用手持式通用计时计数器（光电门信号万用 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ）。 【实验仪器】 ZKY-ZS/TD转动惯量实验组合仪，附件等。 【实验原理】 根据刚体转动定律，转动系统所受合外力矩 与角加速度 的关系关系为 （B1－1） 式中I为该系统对回转轴的转动惯量，单位为： ，当刚体的回转轴被确定后，其转动惯量为一常数。 在如图B1-1所示的实验仪器示意图中，合外力矩 主要由引线的张力矩 和阻力矩 构成，则 ,通常阻力矩 是未知的，由于其主要来源是轴承处的接触摩擦，所以可认为是恒定的，因而可将上式改写为 (B1－2) 在此实验中，若要研究引线的张力矩 与角加速度 之间是否满足式（B1－2）的关系，就要测出不同 时的 值，如果 和 呈线性关系，则刚体转动定律将被证明是正确的。 一.关于引线的张力矩 设引线的张力为 ，绕线塔轮的半径为 ，则引线的张力矩为 ，如果又设滑轮的半径为r，转动惯量为 ，砝码质量为 , 受到的张力为 ,砝码的线加速度为 ，如图B1－2所示，则可得到如下方程组 可以看出，当滑轮的质量和半径都很小时，其转动惯量 也将很小，通常可忽略不计，即 ，所以可得： 。 实验中，回转系统的总质量 通常远大于砝码的质量 ，而回转系统的半径 也比塔轮的半径大很多，在这种情况下，可以证明，砝码 的线加速度 将远小于重力加速度 ，因此在上式中， 也可以忽略不计，于是可以得到 ，即　　 　　　　　　（B1－3） 二.角加速度 的测量 实验中采用智能计时计数器计录遮挡次数和相应的时间。如图B1－1所示，固定在载物台圆周边缘相差 角的两遮光片，每转动半圈遮挡一次固定在底座上的光电门，即产生一个计数光电脉冲，计数器计下遮档次数 和相应的时间t。若从第一次挡光 开始计次、计时，且初始角速度均为 ，则对于匀加速转动中测量到的任意两组数据 ，所对应的角位移 应分别为： (B1－4) (B1－5) 从（B1－4）、（B1－5）两式中消去 ，可得： （B1－6） 由（B1－6）式即可计算角加速度 。 三.平行轴定理 理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明，质量为 的物体绕通过其质心 的转轴转动时的转动惯量 最小。当转轴平行移动距离 后，绕新转轴转动时的转动惯量为： （B1－7） 【实验内容】 一、必做部分 1. 利用仪器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。 2. 将三芯数据线（或四芯）的一端插入实验仪光电门(只用一个，另一个备用)的“信号线插口”，另一端插入智能计时计数器A通道（或B通道）的三孔（或四孔）输入端，连接智能计时计数器的电源线，电源自动打开。 3. 实验仪塔轮的半径分别为15，20，25，30，35 共5挡，本实验只用一个塔轮(推荐半径为35 )进行研究，通过改变引线张力 来改变张力矩 。 4. 实验仪载物台不加任何试样，在砝码盘(砝码盘质量约5克)中加适量砝码，令砝码由静止开始下落，并带动仪器作匀加速转动，用智能计时计数器测量并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 实验仪空载时转过1 、2 、3 、4 、5 角度时所用的时间 。分组 和 用（B1－6）式分别计算仪器空载时的角加速度 ，并求平均值(智能计时计数器的使用方法见附录)。 5. 改变砝码盘内砝码的质量，重复步骤4.四到五次，用(B1－3)式计算引线张力矩 ，可得到5～6组 数据。以 为横坐标， 为纵坐标，在方格纸上作出图线，验证刚体转动定律的正确性。利用该图线，求仪器空载时的转动惯量 （直线斜率）和阻力矩 （纵轴上的截距）。 二、选做部分 1. 与载物台同心地加上被测试样(圆环)，重复“必做部分”的步骤4.和5.求出总转动惯量 ，计算试样(圆环)绕回转轴转动时的转动惯量 。 2. 根据试样(圆环)的质量和尺寸，从理论上计算试样绕回转轴转动时的转动惯量 ，比较实验值与理论值。若将理论值视为正确值，求实验值的相对误差，实验值的相对误差为 　　　　　　　　　　 圆环绕回转轴转动时的转动惯量计算公式为： ，式中 是圆环的质量， 分别为圆环的内、外半径。 3. 验证刚体转动的平行轴定理，实验步骤自行设计。 【数据与结果】 1.刚体转动定律的研究 表B1-1.实验仪空载时绕回转轴转动时的角加速度测量数据 绕线塔轮半径取 测量点 1 2 3 4 5 6 时间　 角加速度1 角加速度2 平均角加速度 砝码质量 张力矩 在直线上取二点：A点坐标， ； B点坐标， ； 所以，实验仪空载时绕回转轴转动的转动惯量为 实验仪空载时绕回转轴转动所受的阻力矩为 2.选做部分的测量数据表格可参考表B1－1自拟。 【问题思考】 1. 根据学过的大学物理的内容，说说转动惯量的物理意义，讨论转动惯量与哪些因素有关。 2．用本实验装置，是否可用其它方法来测量仪器空载时或加试样时的转动惯量？简述其实验原理。 3. 用本实验装置，是否可用其它方法测定动力矩 与角加速度 的关系。 4. 本实验中所使用仪器的阻力矩认为是恒定的，当加不同的试样时，阻力矩会随之改变吗？为什么？ 【附】 智能计时计数器的使用方法简述 智能计时计数器的面板示意图如图B1-3。 连接电源，上电开机后，液晶屏(LCD)将显示“智能计数计时器 成都世纪中科”画面，延时一段时间后，显示操作界面，操作界面分二行显示： 上行显示[测试模式]的序号和名称，例：“1计时”、“2速度”或“3加速度”等，按[模式选择/查询下翻]按钮，可以选择所需的[测试模式]。 下行显示[测试项目]的序号和名称，例：“1-1单电门”、“1-2多脉冲”或“2-1单电门”、“2-2碰撞”等，按[项目选择/查询上翻]按钮,可以选择所需的[测试项目]。 选择好[测试模式]和[测试项目]后，按[确定/暂停] 按钮, 液晶屏(LCD)将默认显示“选A通道测量”，按[模式选择/查询下翻]按钮和[项目选择/查询上翻]按钮可进行A通道或B通道的重新选择，选择确定后，再次按下[确定/暂停] 按钮，计时器即开始测量。测量过程中液晶屏(LCD)将显示“测量中*****”，测量完成后自动显示测量值。若该项目有几组数据，可按[查询下翻]或[查询上翻]按钮进行查询，按下[确定/暂停] ，系统将退回到“模式选择”和“项目选择”界面。 如未测量完成就按下[确定/暂停] 按钮，则测量停止，将已测量到的数据进行显示，再次按下[确定/暂停] 按钮，将退回到“模式选择”和“项目选择”界面。 本实验选择“1计时”模式和“1-2多脉冲”项目，该项目能测量单电门连续挡光99次的时间，本实验的角加速度测量，只要挡光6次，得到5个时间间隔 ，数据处理时，只用 4个数据。 注意：1.有A、B两通道，每通道都各有两个不同的接入方式，分别为“电源＋5V的光电门4芯”和“电源＋9V的光电门3芯”，同一通道、不同的接入是互斥的，禁止同时接入同一通道的不同插件。 2. A、B通道可以互换，如为单电门时，使用A通道或B通道都可以，但是尽量避免同时插A、B两通道，以免互相干扰。 图　B1－1 信号线插口 载物台 绕线塔轮 砝码 轻滑轮 光电门 遮光片 被测试样（圆环） T � EMBED Equation.3 ��� m a � EMBED Equation.3 ���� EMBED Equation.3 ��� 图 B1－2 图 B1－3 电源接入 4芯输入 3芯输入 B通道 4芯输入 3芯输入 A通道 确定 / 暂停 查询上翻 项目选择 查询下翻 模式选择 ZHY－TO 智能计数计时器 光 电 门 自 检 计数 手动 3分钟 60秒 30秒 自检 _1379446148.unknown _1379449159.unknown _1379454817.unknown _1379459168.unknown _1379459802.unknown _1379479195.unknown _1379480369.unknown _1379481247.unknown _1379481257.unknown _1379490287.unknown _1379480417.unknown _1379480277.unknown _1379480321.unknown _1379479539.unknown _1379479738.unknown _1379460072.unknown _1379460235.unknown _1379460524.unknown _1379460879.unknown _1379460250.unknown _1379460119.unknown _1379459883.unknown _1379459261.unknown _1379459572.unknown _1379459593.unknown _1379459275.unknown _1379459247.unknown _1379455499.unknown _1379456089.unknown _1379458792.unknown _1379458986.unknown _1379456114.unknown _1379455857.unknown _1379455185.unknown _1379455352.unknown _1379454845.unknown _1379452123.unknown _1379453764.unknown _1379454156.unknown _1379454190.unknown _1379454372.unknown _1379453790.unknown _1379452767.unknown _1379453424.unknown _1379453718.unknown _1379452727.unknown _1379449507.unknown _1379451980.unknown _1379452056.unknown _1379451959.unknown _1379449442.unknown _1379449487.unknown _1379449333.unknown _1379448007.unknown _1379448934.unknown _1379449117.unknown _1379449137.unknown _1379449023.unknown _1379449097.unknown _1379449077.unknown _1379448988.unknown _1379448400.unknown _1379448413.unknown _1379448322.unknown _1379447803.unknown _1379447876.unknown _1379447948.unknown _1379447845.unknown _1379447501.unknown _1379447682.unknown _1379446239.unknown _1379446296.unknown _1379441554.unknown _1379443858.unknown _1379445917.unknown _1379446083.unknown _1379446108.unknown _1379445958.unknown _1379444289.unknown _1379444684.unknown _1379445897.unknown _1379444516.unknown _1379444067.unknown _1379442793.unknown _1379442967.unknown _1379443822.unknown _1379442940.unknown _1379441619.unknown _1379441638.unknown _1379441577.unknown _1379438851.unknown _1379440723.unknown _1379441187.unknown _1379441253.unknown _1379440978.unknown _1379440526.unknown _1379440635.unknown _1379440472.unknown _1379358654.unknown _1379359457.unknown _1379438697.unknown _1379359483.unknown _1379438665.unknown _1379359044.unknown _1379358537.unknown _1379358577.unknown _1379358562.unknown _1115134085.unknown _1379358524.unknown _1088860936.unknown