《用三线摆法测定物体的转动惯量》预习提纲               

１、   实验任务

（1）用三线摆测定物体圆环的转动惯量；

（2）验证转动惯量的平行轴定理。

1、       实验原理

（1）如何通过长度、质量和时间的测量，求出刚体绕某轴的转动惯量？

（2）累积放大法是如何实现周期的测量？

（3）三线摆法如何验证平行轴定理？

2、       操作规范

（1）如何调整底座水平以及下盘水平？

（2）如何正确保证下盘合理转动？

（3三线摆的转角需要控制在以内？

（4）如何调节光电门？何谓光电门平衡位置？

（5）如何正确用米尺测出两圆盘之间的垂直距离？

（6）本实验采用多次重复测量的方式，用以何在？如何正确多次重复测量？

（7）如何正确使用游标卡尺测量下圆盘三悬点之间的距离和？

（8）如何确定电子天平的称量不确定度？

3、       数据处理表格设计

1、累积法测周期数据记录参考表格

2、有关测量数据及圆环的转动惯量结果记录表

3、平行轴定理验证

 数据处理过程：

1、基本参数记录

   ±     m ，     ±      m 

H0 =        ±     m， 下盘质量m0 =     ±   kg

待测圆环质量   m =    ±  kg

圆柱体质量=（   ±   ）kg

2、算出空盘绕中心轴OO?转动的运动周期T0 和不确定度

 

         3、待测圆环与下盘共同转动的周期T 1和不确定度

          

 

同理：

   4、有关长度多次测量的平均值和不确定度计算

   

     

  

5、待测圆环测量结果计算

  待测圆环的的转动惯量及不确定度计算

  

相对不确定度：   %

百分差：       (要求在10%以内)

5、验证转动惯量的平行轴定理见表3，数据处理过程如下：

（1）实验值：

理论值：

相对误差：

(要求在5%以内)

共计算一组，最后得出结论：通过本实验，在误差允许范围内验证转动惯量的平行轴定理。

6、结果讨论与误差分析(仅供格式上的参考)

（1）误差的定性分析

a、游标卡尺的正确使用强调测量杆与粘台将碰到时，正确读数。用完后，测量杆和测量砧之间要松开一段距离。

b、要正确的使用水准仪，尽量使得下盘调节水平。

c、测量时间时，应该在下盘通过平衡位置时开始记数，在实验中对对平衡位置的判断存在一个误差，对记录的周期有影响。

d、H0为平衡时上下盘间的垂直距离，当下盘加上了待测物体后，距离变成了H。在计算的过程中我们仍然有H0的值来近似H，对计算结果有一定的影响，

（2）误差的定量分析

a、本实验的测量式是在扭摆角度不太大(不超过5°)的条件下导出的，因此在实验当中要遵守这一条件，以免增大系统误差的影响。如果在推导公式时，近似地令

引入相对系统误差，其大小为：

当取5°时，其值为；当取10°时，为。系统误差为正值，其影响使测量值偏大。为了保证不超过5°，即，可把乘以下盘的几何半径来确定下盘边缘上任一点的振幅，实验操作时使振幅不超过此值。

b、本实验是测量圆环绕其中心几何轴的转动惯量，如果圆环在下盘上放置不正，以至于圆环的几何轴与实际转轴不重合，也会引入系统误差。若两轴线相距为，则可以证明系统误差为，使测量值偏大。还有如测时，由于粗心大意，把测50个周期测成49周期，按计算会使测量值偏小。

仪器操作提示

仪器使用注意：

1、用水准仪调节三线摆下圆盘水平。

2、三悬线要等长，大约50厘米左右，过短周期短，会增大记录误差，且摆动次数可能满足不了实验要求；过长，周期太长，会延长实验时间。

3、在三线摆起振前，一定注意要保持下盘静止,三线摆振动的角度要小于5度。在启动后三线摆不能发生前后左右晃动，为了避免发生晃动，用手快速转动上盘。

4、游标卡尺、钢卷尺的读数一定要准确、规范（要读估计数字）。

5、在测量上下盘之间的高度时，应保证三线摆已调平，尺子与下盘垂直，注意不要将钢尺压在下盘上，这样测出的高度会偏大。

6、光电门应置于平衡位置，即应在下盘通过平 衡位置时作为计时的起止时刻，且使下盘上的挡光杆处于光电探头的中央， 并且能遮住发射和接收红外线的小孔， 然后开始测量。

7、圆环置于圆盘上时，不得放偏，否则造成较大误差。

8、实验过程中要先测量圆盘的转动惯量，再测量圆环的转动惯量，Ho的测量应在测量圆环转动惯量之前进行。

 

第二篇：《用三线摆法测定物体的转动惯量》简明实验报告

《用三线摆法测定物体的转动惯量》的示范报告

                                                       

一、教学目的：

1、学会用三线摆测定物体圆环的转动惯量；

2、学会用累积放大法测量周期运动的周期；

  4、学习运用表格法处理原始数据，进一步学习和巩固完整地表示测量结果；

  5、学会定量的分析误差和讨论实验结果。

二、实验仪器：

1．FB210型三线摆转动惯量测定仪

2．米尺、游标卡尺、水平仪、小纸片、胶带

    3．物理天平、砝码块、各种形状的待铁块

三、实验原理

通过长度、质量和时间的测量，便可求出刚体绕某轴的转动惯量。

四、实验内容

1．用三线摆测定圆环对通过其质心且垂直于环面轴的转动惯量。

2．用三线摆验证平行轴定理。实验步骤要点如下：

(1) 调整下盘水平：将水准仪置于下盘任意两悬线之间，调整小圆盘上的三个旋钮，改变三悬线的长度，直至下盘水平。

(2) 测量空盘绕中心轴OO?转动的运动周期T₀：设定计时次数，方法为按“置数”键后，再按“下调”或“上调”键至所需的次数，再按“置数”键确定。轻轻转动上盘，带动下盘转动，这样可以避免三线摆在作扭摆运动时发生晃动。注意扭摆的转角控制在5º左右，摆动数次后，按测试仪上的“执行”键，光电门开始计数（灯闪）到给定的次数后，灯停止闪烁，此时测试仪显示的计数为总的时间,从而摆动周期为总时间除以摆动次数。进行下一次测量时，测试仪先按“返回”键。

(3) 测出待测圆环与下盘共同转动的周期T ₁：将待测圆环置于下盘上，注意使两者中心重合，按同样的方法测出它们一起运动的周期T ₁。

(4) 测出上下圆盘三悬点之间的距离a和b，然后算出悬点到中心的距离r和R（等边三角形外接圆半径）

(5) 其它物理量的测量：用米尺测出两圆盘之间的垂直距离H₀和放置两小圆柱体小孔间距2x；用游标卡尺测出待测圆环的内、外直径2R₁、2R₂。

(6) 用物理天平测量圆环的质量。

五、实验数据记录与处理：

1．实验数据记录

3.870  ± 0.002 cm ，  7.150 ± 0.002  cm  

H₀ = 54.60  ± 0.05  cm， 下盘质量m₀ =499.68 ± 0.10 g

待测圆环质量   m =192.260 ± 0.020 g

累积法测周期数据记录参考表格

有关长度多次测量数据记录参考表

 

    

  

     

  

  

六、结果讨论与误差分析：

  1、游标卡尺的正确使用强调测量杆与钻台将碰到时，正确读数。用完后，测量杆和测量砧之间要松开一段距离。

  2、要正确的使用水准仪，尽量使得下盘调节水平。

3、测量时间时，应该在下盘通过平衡位置时开始记数，在实验中对对平衡位置的判断存在一个误差，对记录的周期有影响。

4、H₀为平衡时上下盘间的垂直距离，当下盘加上了待测物体后，距离变成了H。在计算的过程中我们仍然有H₀的值来近世H，对计算结果有一定的影响，