大学物理实验教案

实验名称：三线摆法测定物体的转动惯量

1  实验目的

1）掌握水平调节与时间测量方法；

2）掌握三线摆测定物体转动惯量的方法；

3）掌握利用公式法测定物体的转动惯量。

2  实验仪器

三线摆装置   计数器   卡尺   米尺    水平器

3  实验原理

3.1 三线摆法测定物体的转动惯量

机械能守恒定律：

简谐振动：

                      

通过平衡位置的瞬时角速度的大小为：；

所以有：

根据图1可以得到：

从图2可以看到：

根据余弦定律可得

所以有：

整理后可得：

；摆角很小时有：      所以：

整理得：；又因，   所以：

若其上放置圆环，并且使其转轴与悬盘中心重合，重新测出摆动周期为T₁和H₁则：

待测物的转动惯量为：           I= I₁-I₀

3.2 公式法测定物体的转动惯量圆环的转动惯量为：

4  教学内容

4.1  三线摆法测定圆环绕中心轴的转动惯量

1)用卡尺分别测定三线摆上下盘悬挂点间的距离a、b（三个边各测一次再平均）；

2)调节三线摆底坐前两脚螺丝使上盘水平

3)调节三线摆悬线使悬盘到上盘之间的距离H大约50cm左右，并调节悬盘水平；

4)用米尺测定悬盘到上盘三线接点的距离H；

5)让悬盘静止后轻拨上盘使悬盘作小角度摆动（注意观察其摆幅是否小于10度，摆动是否稳定不摇晃。）；

6)用计数器测定50个摆动周期摆动的时间t；

7)把待测圆环置于悬盘上（圆环中心必须与悬盘中心重合）再测定悬盘到三线与上盘接点间的距离H1，重复步骤5、6。

2、公式法测定圆环绕中心轴的转动惯量

用卡尺分别测定圆环的内径和外径，根据表中圆环绕中心轴的转动惯量计算公式确定其转动惯量测定结果。（圆环质量见标称值）

5  实验教学组织及教学要求

   1）检查学生的预习实验报告，同时给学生一定时间观察器材，并注意和以前学过的实验做比较。

   2）讲解实验要点及注意事项，同时以提问的方式检查学生的预习情况，加深学生对实验原理和实验设计的理解。

   3）随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决实验中遇到的问题和困难。

   4）检查每个学生的实验数据，记录实验情况。

6  实验教学的重点及难点

1）重点：

   1）三线摆水平的调节（上盘、悬盘的水平调节）。

   2）掌握利用三线摆仪器测量物体转动惯量的数据处理方法。

2）难点：

   1）三线摆水平的调节（上盘、悬盘的水平调节）。

   2）数据处理有几种方法。

7  实验中容易出现的问题

   1）仪器没有调水平。

   2）摆动周期的摆动时间偏大。

8  实验参考数据

表一     三线摆法

表二    公式法

m=301g  ;M=543g

9         实验结果检查方法

1）  检查游标卡尺的读数是否正确。

2）  检查各测量值是否符合要求。

10  课堂实验预习检查题目

1）三线摆法主要公式。

2）三线摆装置上下盘调节有哪些要求。

3）讨论两种测定物体转动惯量的方法的特点并对两种方法的测量结果进行比较，说明何种方法较精确。

4）三线摆法测定转动惯量的实验中，摆动时摆幅不可过大，若摆幅过大对测量结果有何影响。

5）分析三线摆法测定转动惯量的测量误差，说明各物理量的测量误差对其的影响情况，你有何提高测量精确度的改进方法。

三线摆测定物体转动惯量实验指导书 

1实验仪器清单

1.1三线摆装置、电子秒表、游标卡尺、米尺、水平仪

2 实验内容

2.1 三线摆法测定悬盘的转动惯量

2.1.1 用卡尺分别测定三线摆上下盘悬挂点间的距离a、b（三个边各测一次再平均）；

2.1.2 调节三线摆的悬线使悬盘到上盘之间的距离H大约50cm左右；

2.1.3 调节三线摆地脚螺丝使上盘水平后再调节三线摆悬线的长度使悬盘水平；

2.1.4 用米尺测定悬盘到上盘三线接点的距离H₀；

2.1.5让悬盘静止后轻拨上盘使悬盘作小角度摆动（注意观察其摆幅是否小于10度，摆动是否稳定不摇晃。）；

2.1.6 用电子秒表测定50个摆动周期的摆动的时间t₀六次；

2.2测定不规则物体的转动惯量

2.2.1把不规则物体置于悬盘上重新调整水平，并测定悬盘到上盘之间的距离H₁，重复步骤2.1.5及用电子秒表测量该50个摆动周期的时间t₁六次。

2.3验证转动惯量平行轴定理（选做）

3 难点指导

3.1计数器的使用方法：

3.1.1开启电源，揿“测周期”的按键，使屏幕上显示“t”；

3.1.2 揿“计数”的按键，屏上显示默认“0101”；（因档光杆每个周期来回挡光两次，加上第一次挡光未计时间，故50个周期共挡光101次。）

3.1.3揿“计数”键，使屏幕显示“0000”，计数器设置完成；

3.1.4 当档光杆通过光电门时它就开始计数了。

3.1.5 揿“复位”键，可再次设置。

3.2数据处理

3.2.1注意：数据处理时公式中的T₀=t₀/50，T₁= t₁/50。

4 相关的实验数据记录（范例）

表1 各相关数据记录

    表1中各项数据经肖维涅法则检查均无坏值

5数据处理（范例）

5.1 各物理量不确定度的估算

M=520.33g，，，

=44.18mm ，0.012mm，0.02mm， 0.012mm ，

 ==mm =0.017mm ，

=114.21mm， =0.006mm，0.012mm，  

==mm=0.013mm，

= 50.12 cm，0.011cm，0.05cm，cm，

=cm = 0.031cm，

= 87.49 s ，=0.016s，0.05s，s，

= =s =0.033s，

= 51.00cm，=0.018cm， 0.05cm， cm，

 ==cm = 0.034cm，

=74.51s， =0.020s， 0.05s，  s，

== s =0.035s，

5.2转动惯量的计算

5.2.1 悬盘转动惯量的计算（计算时把单位都化为千克、米、秒制）

=

=7.61610^-4（kg. m²）

×100%

= ×100%=0.071%

5.2.2载物转动惯量的计算

=

=1.489710-³（kg. m²）

×100%

=×100%

=0.12%

5.2.3 不规则无题转动惯量的计算

=1.489710^-3- 7.61610^-4=7.28110^-4（kg. m²）

===0.14%

==7.281×10^-4（kg. m²）0.14%=1.010^-6（kg. m²）

5.3 实验结果

=（7.380.01）10^-4（kg. m²）  （P=0.683）

6 实验报告书写纲要

6.1实验目的

6.2 实验原理

6.2.1 实验仪器

6.2.2实验原理与方法（注意：包括公式、原理图等）

6.2.3简要的实验步骤及注意事项

6.3数据处理

6.4实验结果

6.5讨论
应把实验结果结合实验方法和实验中出现的问题结合起来讨论。

 

第二篇：三线摆测定物体转动惯量实验指导与数据处理

三线摆测定物体转动惯量实验指导与数据处理 

1实验仪器清单

1.1三线摆装置、电子秒表、游标卡尺、米尺、水平仪

2 实验内容

2.1 三线摆法测定悬盘的转动惯量

2.1.1 用卡尺分别测定三线摆上下盘悬挂点间的距离a、b（三个边各测一次再平均）；

2.1.2 调节三线摆的悬线使悬盘到上盘之间的距离H大约50cm左右；

2.1.3 调节三线摆地脚螺丝使上盘水平后再调节三线摆悬线的长度使悬盘水平；

2.1.4 用米尺测定悬盘到上盘三线接点的距离H₀；

2.1.5让悬盘静止后轻拨上盘使悬盘作小角度摆动（注意观察其摆幅是否小于10度，摆动是否稳定不摇晃。）；

2.1.6 用电子秒表测定50个摆动周期的摆动的时间t₀六次；

2.2测定不规则物体的转动惯量

2.2.1把不规则物体置于悬盘上重新调整水平，并测定悬盘到上盘之间的距离H₁，重复步骤2.1.5及用电子秒表测量该50个摆动周期的时间t₁六次。

2.3验证转动惯量平行轴定理（选做）

3 难点指导

3.1计数器的使用方法：

3.1.1开启电源，揿“测周期”的按键，使屏幕上显示“t”；

3.1.2 揿“计数”的按键，屏上显示默认“0101”；（因档光杆每个周期来回挡光两次，加上第一次挡光未计时间，故50个周期共挡光101次。）

3.1.3揿“计数”键，使屏幕显示“0000”，计数器设置完成；

3.1.4 当档光杆通过光电门时它就开始计数了。

3.1.5 揿“复位”键，可再次设置。

3.2数据处理

3.2.1注意：数据处理时公式中的T₀=t₀/50，T₁= t₁/50。

4 相关的实验数据记录（范例）

表1 各相关数据记录

    表1中各项数据经肖维涅法则检查均无坏值

5数据处理（范例）

5.1 各物理量不确定度的估算

M=520.33g，，，

=44.18mm ，0.012mm，0.02mm， 0.012mm ，

 ==mm =0.017mm ，

=114.21mm， =0.006mm，0.012mm，  

==mm=0.013mm，

= 50.12 cm，0.011cm，0.05cm，cm，

=cm = 0.031cm，

= 87.49 s ，=0.016s，0.05s，s，

= =s =0.033s，

= 51.00cm，=0.018cm， 0.05cm， cm，

 ==cm = 0.034cm，

=74.51s， =0.020s， 0.05s，  s，

== s =0.035s，

5.2转动惯量的计算

5.2.1 悬盘转动惯量的计算（计算时把单位都化为千克、米、秒制）

=

=7.61610^-4（kg. m²）

= 7.61610^-4（kg. m²）×

=0.005410^-4（kg. m²）

5.2.2载物转动惯量的计算

=

=1.489710-³（kg. m²）

=1.489710-³（kg. m²）×

=0.01810-⁴（kg. m²）

5.2.3 不规则无题转动惯量的计算

=1.489710^-3- 7.61610^-4=7.28110^-4（kg. m²）

===0.01910-⁴（kg. m²）

5.3 实验结果

=（7.380.02）10^-4（kg. m²）  （P=0.683）

6 实验报告书写纲要

6.1实验目的

6.2 实验原理

6.2.1 实验仪器

6.2.2实验原理与方法（注意：包括公式、原理图等）

6.2.3简要的实验步骤及注意事项

6.3数据处理

6.4实验结果

6.5讨论
应把实验结果结合实验方法和实验中出现的问题结合起来讨论。