高中物理测定飞轮的转动惯量课外实验

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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.350xue.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。

高中物理测定飞轮的转动惯量课外实验