CN200962266Y - 刚体转动惯量实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属物理实验装置，特别涉及一种刚体转动惯量实验装置，主要由平台(18)、机架(1)、配重杆(4)、塔轮(23)、配重块(5)、拉线(10)、导轮(11)和码钩(15)组成，在平台(18)上放置一个光电门架，光电门架由光电门座(19)上固定一个光电门柱(17)，光电门柱(17)内装一个弹簧(20)，弹簧(20)上面装一个光电门杆(9)，光电门杆(9)与光电门柱(17)之间用光电门柱盖(16)活动地用螺纹连接在一起，光电门杆(9)上端固定一个光电门(8)，光电门(8)两侧立板装有传感器(7)，传感器(7)用螺母固定在立板上；该实验装置，大大降低了实验过程的偶然误差；设备简单、操作方便。

Description

刚体转动惯量实验装置

技术领域

本实用新型属物理实验装置，特别涉及一种刚体转动惯量实验装置。

技术背景

目前，传统刚体转动惯量实验，其实验仪器为刚体转动实验仪、电子仪表、游标卡尺和米尺等，由于用眼观察、手动测定，所以产生的偶然误差较大；同时，还存在着由于忽略了刚体定轴转动的阻力矩等产生的***误差。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种采用光电门与数字毫秒计测量时间、自动控制的刚体转动惯量实验装置。

本实用新型解决技术问题采用的技术方案是：一种主要由平台、机架、配重杆、塔轮、配重块、拉线、导轮和码钩组成的刚体转动惯量实验装置，其特点是在平台上放置一个光电门架，光电门架由光电门座上固定一个光电门柱，光电门柱内装一个弹簧，弹簧上面装一个光电门杆，光电门杆与光电门柱之间用光电门柱盖活动地用螺纹连接在一起，光电门杆上端固定一个光电门，光电门两立板装有传感器，传感器用螺母固定在立板上；在配重块一端固定一个叉形遮光板。

本实用新型的有益效果是：该实验装置，由于消除了由摩擦矩产生的***误差；由于采用了自动控制，用光电门与数字毫秒计测量时间，大大降低了实验过程的偶然误差；设备简单、操作方便。

附图说明

以下结合附图以实施例具体说明。

图1示刚体转动惯量实验装置主视图。

图2示图1的俯视图。

图3示遮光板零件图。

图中，1-机架；2-调节螺母；3-轴上座；4-配重杆；5-配重块；6-遮光板；7-传感器；8-光电门；9-光电门杆；10-拉线；11-导轮；12-导轮架；13-固定螺栓；14-码钩；15-砝码；16-光电门柱盖；17-光电门柱；18-平台；19-光电门座；20-弹簧；21-塔轮轴；22-轴下座；23-塔轮；24-支撑脚；

具体实施方式

参照附图，一种刚体转动惯量实验装置，主要由平台18、机架1、配重杆4、塔轮23、配重块5、拉线10、导轮11和码钩15组成，它的特点是在平台18上放置一个光电门架，光电门架由光电门座19上固定一个光电门柱17，光电门柱17内装一个弹簧20，弹簧20上面装一个光电门杆9，光电门杆9与光电门柱17之间用光电门柱盖16活动地用螺纹连接在一起，光电门杆9上端固定一个光电门8，光电门8两侧立板装有传感器7，传感器7用螺母固定在立板上；在配重块5一端固定一个叉形遮光板6，遮光板6(见附图3)的宽度为Δx，采用胶带纸制成。平台18一端放置机架1，机架1底部设有可调高的支撑脚24，调整其水平度，机架1下面固定一个轴下座22，上部用调节螺母装一个可调高度的轴上座3，两个座之间活动地装有塔轮轴21，塔轮轴21上固定有塔轮23和配重杆4，配重杆4两端装有可调距离的配重块5，平台18另一端用固定螺栓13固定一个导轮架12，导轮架12上活动地装一个导轮11，拉线10一端固定在塔轮23所要求的半径上，绕过导轮11，另一端挂一个码钩14，码钩14上装上所需要的砝码15。

该设备的实验方法：当遮光板6第一次通过光电门8后，立即按下光电门8，使遮光板6不能遮光，待达到设计圈数前，使光电门8在弹簧20的作用下恢复原位，让遮光板6第二次通过光电门8，这样数字毫秒计便记录了遮光板6两次通过光电门8的时间Δt₁和Δt₂，由此可求出相应的瞬时速度υ₁和υ₂，设r为遮光板6距刚体塔轮轴21中心的旋转半径，a为遮光板6旋转N圈两次通过光电门8的加速度，则有：

${\mathrm{\υ}}_1=\frac{\mathrm{\Δx}}{t_1};$ ${\mathrm{\υ}}_2=\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{tx}}.$ 又 ${\mathrm{\υ}}_2^2-{\mathrm{\υ}}_1^2=2\mathrm{as};$

式中：S＝2πγN

∴ $a=\frac{{\mathrm{\υ}}_2^2-{\mathrm{\υ}}_1^2}{4\mathrm{\πNr}}---1$

设刚体(塔轮23、塔轮轴21、配重杆4和配重块5)质量为m，拉线10中张力为T，刚体运动的加速度为a_m，刚体轴的转动阻力矩为M_f，刚体的旋转惯量为I，刚体转动的角加速度为β，拉线10固定的塔轮23的半径R，经分析得：

mg-T＝mam......2；

TR-M_f＝Iβ......3；

a_m＝Rβ......4；

2、3、4式联立得：mgR＝M_f-β(mR²+I)......5

测量刚体转动惯量两种方法：

一、将β＝α/γ代入5式，可得 $\mathrm{mgR}=M_f+\left(\frac{m{R}^2+I}{\mathrm{\γ}}\right)a\·\·\·\·\·\·6;$ 改变m(或R)可得不同的a值。任意两组数据(m_na_n)和(m_n+1a_n+1)分别代入6式联立，可消去M_f项求出I。

二、将式变形： $\mathrm{MR}(g-\frac{R}{r}a)=M_f+\frac{I}{r}a\·\·\·\·\·\·7;$ 取N组(mgR，a)就7式用最小二乘法求出斜率I/r值，结合r可得I值。

Claims (1)

1、一种刚体转动惯量实验装置，主要由平台(18)、机架(1)、配重杆(4)、塔轮(23)、配重块(5)、拉线(10)、导轮(11)和码钩(15)组成，其特征在于在平台(18)上放置一个光电门架，光电门架由光电门座(19)上固定一个光电门柱(17)，光电门柱(17)内装一个弹簧(20)，弹簧(20)上面装一个光电门杆(9)，光电门杆(9)与光电门柱(17)之间用光电门柱盖(16)活动地用螺纹连接在一起，光电门杆(9)上端固定一个光电门(8)，光电门(8)两侧立板装有传感器(7)，传感器(7)用螺母固定在立板上；在配重块(5)一端固定一个叉形遮光板(6)。

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