大学物理刚体的转动惯量的研究实验报告.docx
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大学物理刚体的转动惯量的研究实验报告
大学物理刚体的转动惯量的研究实验报告
大学物理仿真实验报告
电子3班
实验名称:
刚体的转动惯量的研究
实验简介
在研究摆的重心升降问题时,惠更斯发现了物体系的重心与后来欧勒称之为转动惯量的量。
转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量,它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。
本实验将学习测量刚体转动惯量的基本方法,目的如下:
1.用实验方法验证刚体转动定律,并求其转动惯量;
2.观察刚体的转动惯量与质量分布的关系
3.学习作图的曲线改直法,并由作图法处理实验数据。
实验原理
1.刚体的转动定律
具有确定转轴的刚体,在外力矩的作用下,将获得角加速度β,其值与外力矩成正比,与刚体的转动惯量成反比,即有刚体的转动定律:
M=Iβ
(1)
利用转动定律,通过实验的方法,可求得难以用计算方法得到的转动惯量。
2.应用转动定律求转动惯量
用游标卡尺测量塔轮半径,用钢尺测量高度,砝码质量按已给定数为每个5.0g;用秒表记录下落时间。
将两个配重物放在横杆上固定位置,选用塔轮半径为某一固定值。
将拉线平行缠绕在轮上。
逐次选用不同质量的砝码,用秒表分别测量砝码从静止状态开始下落到达地面的时间。
对每种质量的砝码,测量三次下落时间,取平均值。
砝码质量从5g开始,每次增加5g,直到35g止。
用所测数据作图,从图中求出直线的斜率,从而计算转动惯量。
4.测量半径与下落时间关系
测量的基本内容是:
对同一质量的砝码,更换不同的塔轮半径,测量不同的下落时间。
将两个配重物选在横杆上固定位置,用固定质量砝码施力,逐次选用不同的塔轮半径,测砝码落地所用时间。
对每一塔轮半径,测三次砝码落地之间,取其平均值。
注意,在更换半径是要相应的调节滑轮高度,并使绕过滑轮的拉线与塔轮平面共面。
由测得的数据作图,从图上求出斜率,并计算转动惯量。
实验仪器
刚体转动仪,滑轮,秒表,砝码
刚体转动仪:
包括:
A.、塔轮,由五个不同半径的圆盘组成。
上面绕有挂小砝码的细线,由它对刚体施加外力矩。
B、对称形的细长伸杆,上有圆柱形配重物,调节其在杆上位置即可改变转动惯量。
与A和配重物构成一个刚体。
C.、底座调节螺钉,用于调节底座水平,使转动轴垂直于水平面。
此外还有转向定滑轮,起始点标志,滑轮高度调节螺钉等部分
双击刚体转动仪底座下方的旋钮,会弹出底座放大窗口和底座调节窗口,在底座调节窗口的旋钮上点击鼠标左、右键,可以调整底座水平。
在底座放大窗口上单击右键可以转换视角。
滑轮
双击滑轮支架上的旋钮,会弹出滑轮高度调节窗口,在滑轮高度调节窗口的旋钮上点击鼠标左、右键,可以调整滑轮高度。
秒表
实验数据记录和处理
六、实验结论与讨论:
1.物体落时间平方的倒数1/(t)^2与质量m下成线性关系
测量值为
2.物体下落时间的倒数1/t与转动半径成线性关系
测量值为
七:
问答题
课后思考题
(1)由实验数据所作的m-(1/t)2图中,如何解释在m轴上存在截距?
(2)定性分析实验中的随机误差和可能的系统误差。
1.由于细线质量和相对摩擦不可忽略,所有在m为零时,真实质量不为0
2.随机误差在于时间的测量,和系统的调平可能存在问题
系统误差来源于本身的细线质量不可忽略等等