实验4验证转动定律
实验 4 4 验证转动定律 【实验目的】 1.验证转动定律。
2.用作图法——曲线改直来处理数据。
【实验仪器】 刚体转动实验仪，数字计时器等。
【预习要求】 1.论证实验方法。
2．列出测量步骤与记录表格。
【理论表述】 根据转动定律．当刚体绕固定轴转动时，有 I M (1)其中 M 是刚体所受的合外力矩，I 是刚体对该轴的转动惯量， 是角加速度。
【验证方法】 1.方法表述 刚体定轴转动实验装置如图11-1所示。转动体系由十字形承物台(图l1-2)和塔轮组成，遮光片随刚体系一起转动，通过光电门遮光，用数字计时器（参见实验室的仪器说明书）测量转动所经过的时间。
塔轮上有五个不同半径的绕线轮，砝码托上可以放置不同数量的砝码，以改变转动体系所受的力矩。
1.承物台 2.遮光细棒 3.绕线轮 4.光电门 5.滑轮 6.砝码 图 11--1 1 刚体转动惯量实验仪
图 图 11--2 十字形承物台 十字形承物台上可对称放置物体，以改变系统的质量及其分布。
如图 11-1 所示，刚体所受的合外力矩为绳子给予的力矩 T·r 和摩擦力矩M。T 为绳子的张力，与 " OO 相垂直；r 为塔轮的绕线半径。当略去滑轮及绳子的质量、滑轮轴上的摩擦力，并认为绳子长度不变时，m 以匀加速度 a 下落，并有)(a g m T (2)g 为重力加速度。砝码 m 由静止开始下落高度 h 所用时间为 t，则 221at h (3)又因 r a (4)由转动定律得 22)(rthIM r a g m (5)在实验过程中，保持 g >>a，则有 22rthIM mgr (6)又如M << mgr ,略去M，有 22rthImgr (7)根据（7）式，如保持 r、h 及0m 位置不变，改变 m，测出相应的下落时间 t，有 2 2 21 1 2tkt grhIm ，22grhIk (8)即 m 与 t2 成反比。如考虑M，并设M 保持不变，则有 gr Mtk m /12 (9)为一常量M。
在直角坐标纸上作21~tm 图，如得一直线，则表明(1)式即转动定律是成立的。由斜 率 k 可求得系统的转动惯量 I，由截距可求出摩擦力矩M。
2.测量方法(1)调节实验装置 用水准仪调 OO 与地面垂直。调节系统各部分尽量减小摩擦并使实验过程中维持摩擦力不变。
(2)选取 r（绕线要尽量密排），将 m 从一固定高度由静止开始下落。改变 m 值 5 次。用停表测 t，将数据填入表 1 中。
3.数据记录参考表 表 1 测量数据表 m h ____ m r ____ 1 12 23 3)10 /(3 kgmtt t/ /s s次数 【数据处理】 根据(9)式，在直角坐标纸上作21~tm 图，根据结果作出转动定律正确与否的结论，由图求得 I 及M。
【设计与实验】（选做加分内容）根据本实验装置，设计测量力矩和角加速度的实验方案或进行实验来验证转动定律。
