一、產(chǎn)品簡介：

智能剛體轉動慣量測試儀是我公司在B6-GZ2型剛體轉動慣量實驗儀基礎上研制的智能化物理實驗儀器，用于測量物體轉動和擺動的周期以及旋轉體的轉速。能自動記錄、存貯、處理多組實驗數(shù)據(jù)，并能計算出多組實驗數(shù)據(jù)的平均值。

智能剛體轉動慣量測試儀采用新型的單片機作控制系統(tǒng)。產(chǎn)品操作方便、精度高、性能穩(wěn)定可靠。

轉動慣量是剛體轉動時慣性大小的量度，它除了與物體質量有關外，還與轉軸的位置和質量分布(即形狀、大小和密度分布)有關。如果剛體形狀簡單，且質量分布不均勻的剛體，計算將極為復雜，通常采用實驗方法來測定，例如機械部件，電動機轉子和槍炮的彈丸等。

本實驗使物體作扭轉擺動，由擺動周期及其它參數(shù)的測定計出物體的轉動慣量。

二、技術指標：

1. 用扭擺測定幾種不同形狀物體的轉動慣量和彈簧的扭轉常數(shù)，并與理論值進行比較。
2. 驗證轉動慣量平行軸定理。

三、原  理：

在垂直軸1上裝有一根薄片狀的螺旋彈簧2，用以產(chǎn)生恢復力矩。在軸的上方可以裝上各種待測物體。垂直軸與座間裝有軸承，以降低摩擦力矩。3為水平儀，用來調整系統(tǒng)平衡。

將物體在水平面內轉過一角度θ后，在彈簧的恢復力矩作用下，物體就開始繞垂直軸作往返扭轉運動。根據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉而產(chǎn)生的恢復力矩M與所轉過的角度θ成正比。即M = -Kθ（式中，K為彈簧的扭轉常數(shù)。）

根據(jù)轉動定律M=Iβ（式中，I為物體繞轉軸的轉動慣量，β為角加速度），由上式得

令，忽略軸承的摩擦阻力矩，由式（1）、（2）得

上述方程表示扭擺運動具有角簡諧振動的特性角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解為：

式中，A為諧幅，Ф為初相位角，ω為角速度。此諧振動周期為：

由（3）式可知，只要實驗測得物體扭擺的擺動周期，并在I和K中任何一個量已知時可計算出另一個量。

本實驗用一個幾何形狀規(guī)則的物體，它的轉動慣量可以根據(jù)它的質量和幾何尺寸用理論公式直接計算得到，再算出本儀器彈簧的K值，若要測定其它形狀的轉動慣量，只需將待測物體安放在本儀器頂部和各種夾具上，測定其擺動周期，由公式（3）即可算出該物體繞轉動軸的轉動慣量。

理論分析證明，若質量為m的物體通過質心軸的轉動慣量為I時，當轉軸平行移動距離X時，則此物體對新軸線的轉動慣量變?yōu)?/span>I+mX2稱為轉動慣量的平行軸定理。

四、實驗儀器：

1、扭擺及幾種待測轉動慣量的物體

空心金屬圓柱體、實心塑料圓柱體、木球、驗證轉動慣量平行軸定理用的細金屬桿，桿上有兩塊可以自由移動的金屬滑塊。

2、轉動慣量測試儀

    由主機和光電傳感器兩部分組成。

主機采用新型的單片機作控制系統(tǒng)，用于測量物體轉動和擺動的俄周期，以及旋轉體的轉速，能自動記錄、存貯多組實驗數(shù)據(jù)并能夠地計算多組實驗數(shù)據(jù)的平均值。

光電傳感器主要由紅外發(fā)射管和紅外接收管組成，將光信號轉換為脈沖電信號，送入主機工作。因人眼無法直接觀察儀器工作是否正常，但可用遮光物體往返遮擋光電探頭發(fā)射光束通路，檢查計時器是否開始計數(shù)和到達預定周期數(shù)時，是否停止計數(shù)。為了防止過強光線對光電探頭的影響，光電探頭不能置放在強光下，實驗時采用窗簾遮光，確保計時的準確。

3、儀器使用方法

① 調節(jié)光電傳感器在固定支架上的高度，使被測物體上的檔光桿能自由往返地通過光電門，再將電傳感器的信號傳輸線插入主機輸入端（位于測試儀背面）。

② 開啟主機電源，毫秒計指示燈亮,參量指示為P2、數(shù)據(jù)顯示為----

③ 本機設定扭擺的周期數(shù)為10,如要更改,可參照儀器使用說明3，重新設定。更改后的周期數(shù)不具有記憶功能，一旦切斷電源或按“復位”鍵，便恢復原來的默認周期數(shù)。

④ 開啟數(shù)字毫秒計，可計錄各周期累計時間，從而算出測量結果。

五、實驗步驟：

1、測出塑料圓柱體的外徑、金屬圓筒的內、外徑、木球直徑、金屬細長桿長度及各物體的質量（各測量3次）。

2、調整扭擺基座底腳螺絲，使水準泡中氣泡居中。

3、裝上金屬載物盤，并調整光電探頭的位置使載物盤上擋光桿處于其缺口*且能遮住發(fā)射、接收紅外光線的小孔.測定擺動周期T0

4、將塑料圓桿體垂直放在載物盤上，測定擺動周期T1。

5、用金屬圓筒代替塑料圓柱體，測定擺動周期T2。

6、裝上球，測球的擺動周期。（在計算球的轉動慣量時，應扣除的轉動慣量）

7、取下塑料球，裝上金屬細桿（金屬細桿中心必須與轉軸重合）。測定擺動周期。（在計算金屬細桿的轉動慣量時，應扣除的轉動慣量）。

8、將滑塊對稱放置在細桿兩邊凹槽內（見圖2）此時滑塊質心離轉軸的距離分別為5.00，10.00，15.00，20.00，25.00厘米，測定擺動周期T。驗證轉動慣量平行軸定理。（在計算轉動慣量時，應扣除支架的轉動慣量）

表 1

表 2

六、空紙箱性能指標：

1、供電電源  AC220V±10%  50Hz

2、信號輸入方式 光電傳感器信號輸入或TTL、CMOS的脈沖電平

3、顯示方式參量,數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示,狀態(tài)指示由發(fā)光二極管指示

4、操作方法 鍵盤操作

5、計時精度 0.001S

6、zui大計時 1000.000S

7、功耗＜1W

8、環(huán)境溫度-5℃——+40℃

9、體積220㎜×204㎜×100㎜(L×W×H)

七、儀器使用：

1、由于彈簧的扭轉常數(shù)K值不是固定常數(shù)，它與擺動角度略有關系，擺角在90°左右基本相同，在小角度時變小。

為了降低實驗時由于擺動角度變化過大帶來的系統(tǒng)誤差，在測定各種物體的擺動周期時，擺角不宜過小，擺幅不宜變化過大。

2、光電探頭宜放置在擋光桿的平衡位置處，檔光桿不能和它相接觸，以免增大摩擦力矩。

3、機座應保持水平狀態(tài)。

4、在安裝待測物體時，其支架必須全部套入扭擺主軸，并將止動螺絲旋緊，否則扭具不能正常工作。

5、在稱衡金屬細長桿與木球的質量時，必須將支架取下，否則控制箱會帶來極大誤差。

八、儀器成套性：

1、主 機           1臺             2、塑料球          1個

3、塑料球連接座    1個             4、重 錘          1個

5、節(jié)桿、桿連接座  1套             6、尼龍柱        1個

7、鋼 環(huán)           1個             8、光電門及支架   1套

9、托 盤           1個