FD－IM－II
新型转动惯量测定仪
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上海复旦天欣科教仪器有限公司
中国
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FD－IM－II
新型转动惯量测定仪
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上海复旦天欣科教仪器有限公司
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FD-IM-II 新型转动惯量测定仪
一、概述
转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量，它与刚体的质量分布及转轴位置有关。正确测定物体的转动惯量，在工程技术中具有十分重要的意义。用三线摆法测定刚体的转动惯量是高校理工科物理实验教学大纲中的一个重要基本实验。为了使教学仪器和教学内容更好的反映现代科学技术，复旦大学物理实验教学中心与上海复旦天欣科教仪器有限公司共同研制并生产了新型转动惯量测定仪。该仪器采用激光光电传感器与计数计时仪相结合，测定悬盘的扭转摆动周期。通过实验使学生掌握物体转动惯量的物理概念及实验测量方法，了解物体转动惯量与哪些因素有关。本实验仪的计数计时仪具有记忆功能，从悬盘扭转摆动开始直到设定的次数为止，均可查阅相应次数所用的时间，特别适合实验者深入研究和分析悬盘振动中等周期振动及周期变化情况。仪器直观性强，测量准确度高。本仪器是传统实验采用现代化技术的典型实例，不仅保留了经典实验的内容和技能，又增加了现代测量技术和方法，可以激发学生学习兴趣，提高教学效果。
二、仪器用途
1、学习用三线摆法测定物体的转动惯量。
2、测定二个质量相同而质量分布不同的物体的转动惯量，进行比较。
3、验证转动惯量的平行轴定理。
三、仪器的技术指标
1、摆线长度 ＞500mm
2、启动盘质量 ＞悬盘质量
3、仪器体积：①实验平台：300mm×240mm×740mm
②计数计时仪：200mm×158mm×65mm
4、总重量：13.6Kg
5、计数计时仪量程精度：0.001S
6、预置次数 ≤66次
四、仪器的结构及组成
图1
1、启动盘锁紧螺母
16、计数计时仪
五、实验内容及仪器使用方法
依照机械能守恒定律，若扭角足够小，悬盘的运动可以看作简谐运动，结合有关几何关系可以得到如下公式：
1、悬盘空载时绕中心轴作扭转摆动时的转动惯量为：
2、悬盘上放质量为 的物体，其质心落在中心轴，悬盘和 物体共同对于中心轴的总转动惯量为：
3、质量为 的刚体绕过质心轴线的转动惯量为 ，转轴平行移动距离 时，其绕新轴的转动惯量将变为 ，将两个质量相同的圆柱体 对称的放置在悬盘的两边，并使其边缘与悬盘上同心圆刻槽线相切，如图3所示，如果实验测得摆动周期为 ，则两圆柱体和悬盘对中心轴的总转动惯量为：
质量为 的圆柱体对中心轴的转动惯量 为：
4、比较实验数据与理论计算的结果。（理论公式详见讲义）
| R |
1、调节三线摆
1) 调节上盘(启动盘)水平
将圆形水平仪放到旋臂上，调节底板调节脚，使其水平。
2) 调节下悬盘水平
将水平仪放至悬盘中心，调节摆线锁紧螺栓和摆线调节旋钮，使悬盘水平。
2、调节激光器和计时仪
1) 先将光电接收器放到一个适当位置，后调节激光器位置，使其和光电接收器在一个水平线上。此时可打开电源，将激光束调整到最佳位置，即激光打到光电接收器的小孔上，计数计时仪右上角的低电平指示灯状态为暗。注意此时切勿直视激光光源。
2) 再调整启动盘，使一根摆线靠近激光束。(此时也可轻轻旋转启动盘，使其在5度角内转动起来)
3) 设置计时仪的预置次数。(具体操作步骤见后面说明)
3、测量下悬盘的转动惯量
1) 测量上下圆盘悬点到盘心的距离 和 ，用游标卡尺测量悬盘的直径 。
2) 用米尺测量上下圆盘之间的距离 。
3) 记录悬盘的质量
4) 测量下悬盘摆动周期 ，轻轻旋转启动盘，使下悬盘作扭转摆动（摆角＜5O），记录20个周期的时间。
4、测量悬盘加圆环的转动惯量
1) 在下悬盘上放上圆环并使它的中心对准悬盘中心。
2) 测量悬盘加圆环的扭转摆动周期 。
3) 测量并记录圆环质量 ，圆环的内、外直径 和 。
5、测量悬盘加圆盘的转动惯量
1) 在下悬盘上放上圆盘并使它的中心对准悬盘中心。
2) 测量悬盘加圆盘的扭转摆动周期 。
3) 测量并记录圆盘质量 ，直径 。
6、验证平行轴定理
1) 将两个相同的圆柱体按照下悬盘上的刻线，对称的放在悬盘上，相距一定的距离
2) 测量扭转摆动周期
3) 测量圆柱体的直径 ，悬盘上刻线直径 及圆柱体的总质量2
七、注意事项
1、切勿直视激光光源或将激光束直射人眼。
2、做完实验后，要把样品放好，不要划伤表面，以免影响以后的实验。
3、移动接收器时，请不要直接搬上面的支杆，要拿住下面的小盒子移动。
4、启动盘及悬盘上各有平均分布的三只小孔，实验时用于测量两悬点间距离。
附：
计数计时仪使用说明
一、原理
此仪器内设单片机，具有计时和计数功能。设置计数数值后，计数计时仪每接收到一个下降沿信号就计数一次，直至使用者设定的值。这时可从计时显示中读取发生触发信号所用的时间，例如：弹簧振动的周期、三线摆的摆动周期等。