利用智能手机磁力计定量测量刚体转动惯量

易伟松，刘熹微，何展航,朱 杰，佘枭雄，冯 晨，夏媛惠

(1.华中农业大学 理学院，湖北 武汉 430070；2.华中农业大学 资源与环境学院，湖北 武汉 430070)

转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性的量度，有着重要的物理意义，等同于平动物体的质量。转动惯量在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等领域也是一个重要参量。转动惯量与刚体的形状、质量分布及转轴的位置有关，按测量准度从高到低依次为扭摆法、落体法、三线摆等[1]，基于这些方法的改进研究也有报道[2-4]。

随着信息技术快速发展，智能手机普及化程度愈来愈高，智能手机搭载传感器越来越多，使得利用智能手机探索物理实验与教学的研究方兴未艾[5]。利用智能手机传感器测量刚体转动惯量也成为研究热点，陈国华等基于落体法利用智能手机磁传感器测量刚体转动惯量[6]，徐钱欣等基于三线摆法利用智能手机陀螺仪传感器测量物体转动惯量[7]，吴星星等利用智能手机旋转传感器测量转动惯量[8]。

在智能手机传感器中，磁力计(magnetometer)作为高精度传感器逐渐内置于智能手机，使得利用智能手机方便快捷测量磁场成为可能。内置于智能手机的磁力计有霍尔效应传感器(HES)、各向异性磁电阻传感器(AMRS)、巨磁电阻传感器(GMRS)和隧道磁电阻传感器(TMRS)四种，测量精度都能够达到微特斯拉(μT)[9]。本研究基于扭摆法，研究智能手机磁力计定量测量刚体转动惯量方法，并与常用方法及理论计算值进行计较，评价测量效果。

1 实验原理

转动惯量是描述刚体转动惯性大小的物理量，是研究和描述刚体转动规律的一个重要物理量。……