实验4 用三线摆测刚体的转动惯量

实验用三线摆测刚体的转动惯量

[教学目的]

1、在实验中加深对转动惯量概念的理解。

2、学会用三线摆测刚体的转动惯量。

3、验证转动惯量的平行轴定律。

[教学重点实验原理

[实验难点]  如何正确测量周期

[教学手段]  多媒体

[教学方法]  指导讲解

[实验仪器]

三线摆实验仪   气泡水准仪     游标卡尺     电子秒表     圆环   

[教学过程]

一、实验简介

转动惯量是描述刚体在转动中的惯性的物理量,转动惯量大,保持原有转动状态的惯性大,反之,保持原由转动状态的惯性小。转动惯量跟刚体的质量分布,几何形状及转轴的位置有关。对于形状简单规则、质量均匀的刚体,可以推导出计算公式,而对于形状复杂、质量分布不均匀的刚体的转动惯量,可以用不同的实验方法测得,本实验用三线摆测刚体的转动惯量。

二、实验原理

1、  介绍三线摆装置示意图  (出示实物图片和实物)

一匀质圆盘用等长的三条线悬挂在一个水平固定的小圆盘下面,上圆盘圆心固定,转动上圆盘可带动下圆盘绕两盘的中心轴线转动。

2、  测量式推导

   机械能守恒定律有:

       (1)

(介绍式中各符号的物理意义)

有几何关系知:

由于所以,摆角很小时,

故 

     (2)  (介绍式中各符号物理意义)

(2)式为刚体绕几何中心轴线转动惯量的测量公式。


成立条件是:很小(,三线等长,张力相等,上下盘水平

当把一质量为的刚体放置在下圆盘上时,由公式(2)可以测量和下圆盘绕几何中心轴线的转动惯量为:

                (3)        

二、[实验内容与步骤]

1、  调整仪器:利用铅垂线和气泡水准器,调节三线摆,使三线等长,上下盘水平。

2、  用直尺测:上下盘间距。(3次)

3、用游标卡尺测量:(3次)  (提问游标卡尺读数及使用)

⑴ 上下盘两悬点间距(a, b)用几何法求r  R; 

⑵ 下盘直径D

4、刚体的质量由实验室提供。

5、刚体摆动周期的测量:

 1)按要求使下圆盘摆动,用秒表测50个周期,测5次。

     2)把圆环放在下圆盘上,用秒表测圆环和下圆盘一起摆动的50个周期,测50次。

三、[数据处理与分析]

1、刚体绕自身几何中心轴转动惯量理论值的计算公式:

圆盘:   (为圆盘的直径)

圆环:为圆环内径,为圆环外径

   2、用公式(2)、(3)计算下圆盘、圆环的转动惯量。

    3  计算各刚体转动惯量的百分误差。

四、[注意事项]

1、圆盘应尽可能消除摆动之外的振动。

2、防止游标卡尺的刀口割坏悬线。

五、[分析讨论题]

 如何测量任意形状的刚体绕特定轴的转动惯量?

教学后记:

 

第二篇:三线摆测转动惯量实验

     

课程名称      大学物理实验    

专业班级      计算机1042      

             林伟         

           1004431225     

长春工程学院电气与信息学院

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