高中物理测定飞轮的转动惯量课外实验

高中物理测定飞轮的转动惯量课外实验高中物理测定飞轮的转动惯量课外实验 　   仪器

　　飞轮；砝码；吊钩和停表。

       实验原理

　　飞轮受到绕在它的边缘的线的一端的砝码的作用，从静止开始加速转动，当砝码下落某段距离时，线即与飞轮分开，砝码落到地面，飞轮在转轴摩擦作用下作减速转动直至停止。 　　设m是悬挂的砝码的质量，单位用kg。 　　h是砝码在线脱开飞轮时刻下落的高度，单位用m。 　　t是砝码下落h所用去的时间，单位用s。 　　v是t时刻m的速度，单位用m／s。 　　I为飞轮的转动惯量，单位用kg·m²。 　　ω是线脱开飞轮时，飞轮的角速度，单位用rad／s。 　　N是t时间内飞轮转过的转数。 　　A是每转内转轴摩擦力对飞轮所做的功，单位用J。 　　r是从转轴中心到缠着拉线处的距离，单位用m。 　　n为砝码及线脱离飞轮后，飞轮减速至停止时所转过的转数。
www.i4i3.com 　　于是，砝码给予飞轮的能量为 ，它用于使飞轮具有转动动能和克服摩擦力作功，即 　　（1）       （2） 　　从（1）和（2）中消去A得到      （3） 　　因为，所以有      （4） 　　考虑到m的运动情况，有，即。把它代入（4）式后化简，得到     （5）
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　　实验步骤

　　按原理中的描述安装设备。要保证砝码落地之前拉线与飞轮分开，选用适当的m使得便于测量它的下落时间，用粉笔在飞轮边缘作个标记，用于计算转数。

　　用手使飞轮空转五分钟以上，以使摩擦力保持恒定，这称为轴承的“预热”。

　　准备就绪后，将砝码升至起始位置，然后从静止状态松开，同时启动停表，当拉线与飞轮分离时停止记时。实验者要对准飞轮边缘上的标记，以准确记下飞轮停止转动的转动次数。重复上述过程若干次，如果结果不一致，可能是摩擦力引起，那就要进一步“预热”轴承。

　　将m稍作变动重做实验。

　　为了更精确地导出r的值，应仔细地观测h的值并取若干必要的观测数据。

        数据处理

       记录这个实验需要用到的每一个m值（包括挂钩），下落的时间，高度h和n的数值。还要记录为求得r值所取得的观测值，并计算r值。由公式
N×2πr＝h
        推出N值（这样比由直接测量得到的N值要精确）。

　　计算每次实验的平均时间和n的平均值，代入式中可以得到I的值，然后计算结果的平均值。

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