吳 波，朱瑜，左安友

（湖北民族學院，湖北 恩施 445000）

用三線擺測量物體的轉動慣量是一種比較常見的方法［1－6］，目前本校采用復旦大學物理實驗教學中心研制的FD－I M－II新型轉動慣量測定儀。該儀器的優(yōu)點是安裝了計時計數(shù)毫秒儀，它的準確度為0.001 s，取代了秒表測圓盤繞中心軸的轉動慣量，比用秒表手工測量準確，而且速度快，可以大大節(jié)省實驗時所花的時間。但該儀器設計上的缺陷是沒有安裝角度控制裝置，導致在實驗時較難準確控制轉盤轉動角度的大小，影響實驗的精度。據觀察，學生實驗時一般轉動都會大于5°，這樣就會大大的增加實驗誤差。為了使實驗的結果更加精確，為該儀器設計簡單易行的角度控制裝置是十分必要的。

中南林學院的曹建湘同志曾為三線擺設計過轉動角度控制裝置［7］，此設計中轉動角度控制裝置安裝在上圓盤，這樣可較好控制轉動圓盤的轉動角度。衡水師專物理系盧學偉、蘇元敏也曾為三線擺設計過轉動角度控制裝置［8］，他們自制量角器安裝在立桿上，當三線擺擺動起來后，以它的一根懸線為參考，看到擺扭轉角符合要求后，即開始測量周期。

文章中的FD－I M－II新型轉動慣量測定儀設計不同于以上兩種方案的轉動角度控制裝置，為本校的實驗教學提供方便。

1 設計方案

1.1 設計方案一

（1）在 FD－I M－II新型轉動慣量測定儀的支架下端安裝一個F形固定的指針。

（2）在下轉動圓盤的圓周邊上安裝一個圓周角度刻度條。

（3）調整F形指針與刻度條刻度線相互平行，轉動下圓盤時，可觀察到指針經過刻度的角度數(shù)值，因此可精確控制轉動角度小于5°。

1.2 設計方案二

（1）在 FD－I M－II新型轉動慣量測定儀的底座上安裝一個圓環(huán)狀的角度刻度盤，高度與下轉動圓盤一致，其內半徑比下轉動圓盤半徑約大2 c m，這樣是為了使此圓環(huán)能剛好套在下轉動圓盤外，并且不影響下圓盤的扭轉擺動。

（2）在下轉動圓盤的上表面固定一顆大概2 c m長的指針，其質量相對整個下轉動圓盤的質量來講可以忽略不計。

（3）調整下轉動圓盤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，轉動下圓盤時，可觀察到指針經過刻度的角度數(shù)值，因此可精確控制轉動角度小于5°。

2 結 論

以上兩種FD－I M－II新型轉動慣量測定儀的轉動角度控制裝置不僅能夠將下圓盤的轉動角度精確控制在5°范圍內，而且這兩種轉動角度控制裝置的制作方法比較簡單，其所需的材料也比較容易得到。把自制的FD－I M－II新型轉動慣量測定儀的轉動角度控制裝置用于實驗中，避免扭轉時控制角度的盲目性，減少了實驗誤差，收到十分理想的效果。

與中南林學院的曹建湘同志設計的轉動角度控制裝置相比較，文章設計的裝置是安裝在下圓盤的。當圓盤扭轉時，下圓盤擺動的幅度要比上圓盤扭擺的幅度大得多，即使是扭擺的角度相當小時，下圓盤的擺動幅度也是能分辨的，由于實驗條件之一是下懸盤的轉動角度要小于5°，所以文章設計的裝置更容易控制下轉動圓盤擺角，從而使實驗結果更加精確。

就文章中的2種設計方案比較，第一種裝置在制作方面要比第二種裝置制作簡單一些，但兩者在實驗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。所以教學中可優(yōu)先選擇第一種設計方案。

2種設計裝置如果能大規(guī)模的生產，其中還有一些地方需要改進。在設計方案一中的F形指針，加工時可將底座設計成高度可自由調節(jié)的調節(jié)型底座，與FD－I M－II新型轉動慣量測定儀中的激光接收器的底座相似，這樣，無論擺線的長短，指針都可以調節(jié)到剛好與刻度條對準的高度。設計方案二中的圓環(huán)底座在加工時也需要將底座設計為高度可自由調節(jié)的底座，這樣才能保證圓環(huán)的高度始終與下圓盤的高度一致。

以上關于FD－I M－II新型轉動慣量測定儀的轉動角度控制裝置的設計方案是不成熟的，是極其粗糙的，望各位讀者予以批評指正。

［1］毛愛華，劉官元，董大明.放置不同物體三線擺轉動周期變化規(guī)律研究［J］.大學物理，2009，28（4）：18－19.

［2］盛忠志，易德文，楊惡惡.三線擺法測剛體的轉動慣量所用近似方法對測量結果的影響［J］.大學物理，2004，23（2）：44－46.

［3］王麗南，陳殿偉.利用三線擺驗證轉動慣量的平行軸定理［J］.大學物理實驗，2004，17（4）：43－45.

［4］趙學薈，侯文.考慮擺線拉伸效應的三線擺測量轉動慣量方法的研究［J］.宇航計測技術，2006，26（6）：26－29.

［5］夏雪珍.“比較測量法”在三線擺實驗中的應用［J］.大學物理實驗，2011（5）：47－50.

［6］馬亞林，陳建新.扭擺法測量物體轉功慣量的不確定度分析［J］.大學物理實驗，2011（1）：93－96.

［7］曹建湘.三線擺實驗儀角度控制裝置的設計與制作［J］.大學物理實驗，2005，18（1）：44－45.

［8］盧學偉，蘇元敏.三線擺測物體轉動慣量實驗的改進［J］.物理通報，1997（4）：31－32.