用三线摆测刚体的转动惯量
实验4 用三线摆测刚体的转动惯量
[教学目的]
、在实验中加深对转动惯量概念的理解。 1
2、学会用三线摆测刚体的转动惯量。
3、验证转动惯量的平行轴定律。
实验原理 [教学重点]
[实验难点] 如何正确测量周期
[教学手段] 多媒体
指导讲解 [教学方法]
[实验仪器]
三线摆实验仪 气泡水准仪 游标卡尺 电子秒
表
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圆环 [教学过程]
一、实验简介
转动惯量是描述刚体在转动中的惯性的物理量～转动惯量大～保持原有转动状态的惯性大～反之～保持原由转动状态的惯性小。转动惯量跟刚体的质量分布～几何形状及转轴的位置有关。对于形状简单规则、质量均匀的刚体～可以推导出计算公式～而对于形状复杂、质量分布不均匀的刚体的转动惯量～可以用不同的实验方法测得～本实验用三线摆测刚体的转动惯量。
二、实验原理
1、 介绍三线摆装置示意图 (出示实物图片和实物)
一匀质圆盘用等长的三条线悬挂在一个水平固定的小圆盘下面，上圆盘圆心固定，转动上圆盘可带动下圆盘绕两盘的中心轴线转动。
2、 测量式推导:
机械能守恒定律有:
(1)
,介绍式中各符号的物理意义,
有几何关系知:
由于所以，摆角很小时，
故
(2) ,介绍式中各符号物理意义, (2)式为刚体绕几何中心轴线转动惯量的测量公式。
成立条件是:很小(，三线等长，张力相等，上下盘水平。
当把一质量为的刚体放置在下圆盘上时，由公式(2)可以测量和下圆盘绕几何中心轴线的转动惯量为:
(3)
二、[实验内容与步骤]
1、 调整仪器:利用铅垂线和气泡水准器，调节三线摆，使三线等长，上下盘水平。
2、 用直尺测:上下盘间距。(3次)
3、用游标卡尺测量:(3次) (提问:游标卡尺读数及使用)
? 上下盘两悬点间距(a， b)用几何法求r R;
? 下盘直径D
4、刚体的质量由实验室提供。
5、刚体摆动周期的测量:
1)按要求使下圆盘摆动，用秒表测50个周期，测5次。
2)把圆环放在下圆盘上，用秒表测圆环和下圆盘一起摆动的50个周期，测50次。 三、[数据处理与分析]
1、刚体绕自身几何中心轴转动惯量理论值的计算公式:
圆盘: (为圆盘的直径)
圆环: (为圆环内径，为圆环外径
2、用公式(2)、(3)计算下圆盘、圆环的转动惯量。
3 计算各刚体转动惯量的百分误差。
四、[注意事项]
1、圆盘应尽可能消除摆动之外的振动。
2、防止游标卡尺的刀口割坏悬线。
五、[分析讨论题]
如何测量任意形状的刚体绕特定轴的转动惯量,
教学后记:
浙公网安备 33021202002483