《扭摆法测定物体转动惯量》实验报告
一、实验目的
1. 熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测试仪的使用;
2. 利用塑料圆柱体和扭摆测定不同形状物体的转动惯量I和扭摆弹簧的扭摆常数K;
3. 验证转动惯量平行轴定理。
二、实验原理
1. 不规则物体的转动惯量
测量载物盘的摆动周期T0,得到它的转动惯量:
塑料圆柱体放在载物盘上测出摆动周期T1,得到总的转动惯量:
塑料圆柱体的转动惯量为
即可得到K,再将K代回第一式和第三式可以得到载物盘的转动惯量为
只需测得其它的摆动周期,即可算出该物体绕转动轴的转动惯量:
2. 转动惯量的平行轴定理
若质量为m的物体绕质心轴的转动惯量为Jc时,当转轴平行移动距离x 时,则此物体对新轴线的转动惯量:
3. 实验中用到的规则物体的转动惯量理论计算公式
圆柱体的转动惯量:
金属圆筒的转动惯量:
木球的转动惯量:
金属细杆的转动惯量:
三、实验步骤
1. 用游标卡尺、钢尺和高度尺分别测定各物体外形尺寸,用电子天平测出相应质量;
2. 根据扭摆上水泡调整扭摆的底座螺钉使顶面水平;
3. 将金属载物盘卡紧在扭摆垂直轴上,调整挡光杆位置和测试仪光电接收探头中间小孔,测出其摆动周期T;
4. 将塑料圆柱体放在载物盘上测出摆动周期T1。已知塑料圆柱体的转动惯量理论值为J1’,根据T0、T1可求出K及金属载物盘的转动惯量J0。
5. 取下塑料圆柱体,在载物盘上放上金属筒测出摆动周期T2。
6. 取下载物盘,测定木球及支架的摆动周期T3。
7. 取下木球,将金属细杆和支架中心固定,测定其摆动周期T4,外加两滑块卡在细杆上的凹槽内,在对称时测出各自摆动周期,验证平行轴定理。由于此时周期较长,可将摆动次数减少。
四、注意事项
1. 由于弹簧的扭摆常数K不是固定常数,与摆角有关,所以实验中测周期时使摆角在90度左右。
2. 光电门和挡光杆不要接触,以免加大摩擦力。
3. 安装支架要全部套入扭摆主轴,并将止动螺丝锁紧,否则记时会出现错误。
4. 取下支架测量物体质量。处理时支架近似为圆柱体。
五、实验结果
1. 各种物体转动惯量的测量
塑料圆柱体转动惯量理论值:
金属载物盘转动惯量:
弹簧扭转常数:
不确定度:
塑料圆柱体转动惯量实验值:
不确定度:
金属圆筒的转动惯量实验值:
不确定度:
金属圆筒转动惯量理论计算值:
木球的转动惯量实验值:
不确定度:
木球的转动惯量计算值:
金属细杆转动惯量实验值:
不确定度:
金属细杆转动惯量理论计算值:
2. 验证平行轴定理
m滑块=238.1g D滑块外=35.08㎜ D滑块内=6.24㎜ L滑块=32.90㎜
滑块的总转动惯量为(x=0)
J4为金属细杆的转动惯量;
3. 滑块不对称时平行轴定理的验证
T2和x22是线性的。平行轴定理得证。
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