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