吳 波，朱瑜，左安友

（湖北民族學(xué)院，湖北 恩施 445000）

用三線擺測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種比較常見(jiàn)的方法［1－6］，目前本校采用復(fù)旦大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心研制的FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀。該儀器的優(yōu)點(diǎn)是安裝了計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)毫秒儀，它的準(zhǔn)確度為0.001 s，取代了秒表測(cè)圓盤(pán)繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，比用秒表手工測(cè)量準(zhǔn)確，而且速度快，可以大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)所花的時(shí)間。但該儀器設(shè)計(jì)上的缺陷是沒(méi)有安裝角度控制裝置，導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)時(shí)較難準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的大小，影響實(shí)驗(yàn)的精度。據(jù)觀察，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)一般轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)大于5°，這樣就會(huì)大大的增加實(shí)驗(yàn)誤差。為了使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更加精確，為該儀器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行的角度控制裝置是十分必要的。

中南林學(xué)院的曹建湘同志曾為三線擺設(shè)計(jì)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置［7］，此設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置安裝在上圓盤(pán)，這樣可較好控制轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。衡水師專物理系盧學(xué)偉、蘇元敏也曾為三線擺設(shè)計(jì)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置［8］，他們自制量角器安裝在立桿上，當(dāng)三線擺擺動(dòng)起來(lái)后，以它的一根懸線為參考，看到擺扭轉(zhuǎn)角符合要求后，即開(kāi)始測(cè)量周期。

文章中的FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀設(shè)計(jì)不同于以上兩種方案的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置，為本校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供方便。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)方案一

（1）在 FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀的支架下端安裝一個(gè)F形固定的指針。

（2）在下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的圓周邊上安裝一個(gè)圓周角度刻度條。

（3）調(diào)整F形指針與刻度條刻度線相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)下圓盤(pán)時(shí)，可觀察到指針經(jīng)過(guò)刻度的角度數(shù)值，因此可精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于5°。

1.2 設(shè)計(jì)方案二

（1）在 FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀的底座上安裝一個(gè)圓環(huán)狀的角度刻度盤(pán)，高度與下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)一致，其內(nèi)半徑比下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)半徑約大2 c m，這樣是為了使此圓環(huán)能剛好套在下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)外，并且不影響下圓盤(pán)的扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)。

（2）在下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的上表面固定一顆大概2 c m長(zhǎng)的指針，其質(zhì)量相對(duì)整個(gè)下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的質(zhì)量來(lái)講可以忽略不計(jì)。

（3）調(diào)整下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上的指針和安裝在底座上的圓環(huán)，使指針與圓環(huán)上的刻度線相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)下圓盤(pán)時(shí)，可觀察到指針經(jīng)過(guò)刻度的角度數(shù)值，因此可精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于5°。

2 結(jié) 論

以上兩種FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置不僅能夠?qū)⑾聢A盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度精確控制在5°范圍內(nèi)，而且這兩種轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置的制作方法比較簡(jiǎn)單，其所需的材料也比較容易得到。把自制的FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置用于實(shí)驗(yàn)中，避免扭轉(zhuǎn)時(shí)控制角度的盲目性，減少了實(shí)驗(yàn)誤差，收到十分理想的效果。

與中南林學(xué)院的曹建湘同志設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置相比較，文章設(shè)計(jì)的裝置是安裝在下圓盤(pán)的。當(dāng)圓盤(pán)扭轉(zhuǎn)時(shí)，下圓盤(pán)擺動(dòng)的幅度要比上圓盤(pán)扭擺的幅度大得多，即使是扭擺的角度相當(dāng)小時(shí)，下圓盤(pán)的擺動(dòng)幅度也是能分辨的，由于實(shí)驗(yàn)條件之一是下懸盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度要小于5°，所以文章設(shè)計(jì)的裝置更容易控制下轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)擺角，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。

就文章中的2種設(shè)計(jì)方案比較，第一種裝置在制作方面要比第二種裝置制作簡(jiǎn)單一些，但兩者在實(shí)驗(yàn)中所起到的效果是一樣的，差別僅僅在于制作上的難度不同而已。所以教學(xué)中可優(yōu)先選擇第一種設(shè)計(jì)方案。

2種設(shè)計(jì)裝置如果能大規(guī)模的生產(chǎn)，其中還有一些地方需要改進(jìn)。在設(shè)計(jì)方案一中的F形指針，加工時(shí)可將底座設(shè)計(jì)成高度可自由調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)型底座，與FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀中的激光接收器的底座相似，這樣，無(wú)論擺線的長(zhǎng)短，指針都可以調(diào)節(jié)到剛好與刻度條對(duì)準(zhǔn)的高度。設(shè)計(jì)方案二中的圓環(huán)底座在加工時(shí)也需要將底座設(shè)計(jì)為高度可自由調(diào)節(jié)的底座，這樣才能保證圓環(huán)的高度始終與下圓盤(pán)的高度一致。

以上關(guān)于FD－I M－II新型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制裝置的設(shè)計(jì)方案是不成熟的，是極其粗糙的，望各位讀者予以批評(píng)指正。

［1］毛愛(ài)華，劉官元，董大明.放置不同物體三線擺轉(zhuǎn)動(dòng)周期變化規(guī)律研究［J］.大學(xué)物理，2009，28（4）：18－19.

［2］盛忠志，易德文，楊惡惡.三線擺法測(cè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所用近似方法對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響［J］.大學(xué)物理，2004，23（2）：44－46.

［3］王麗南，陳殿偉.利用三線擺驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2004，17（4）：43－45.

［4］趙學(xué)薈，侯文.考慮擺線拉伸效應(yīng)的三線擺測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方法的研究［J］.宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2006，26（6）：26－29.

［5］夏雪珍.“比較測(cè)量法”在三線擺實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011（5）：47－50.

［6］馬亞林，陳建新.扭擺法測(cè)量物體轉(zhuǎn)功慣量的不確定度分析［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011（1）：93－96.

［7］曹建湘.三線擺實(shí)驗(yàn)儀角度控制裝置的設(shè)計(jì)與制作［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005，18（1）：44－45.

［8］盧學(xué)偉，蘇元敏.三線擺測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.物理通報(bào)，1997（4）：31－32.