向心力和转动惯量系列实验

1、 研究改变物体质量，改变物体作圆周运动旋研究改变物体质量，改变物体作圆周运动旋转的半径，以及改变物体在圆周轨道上旋转时的转的半径，以及改变物体在圆周轨道上旋转时的向心力所带来的对作圆周运动物体的影响。向心力所带来的对作圆周运动物体的影响。 向心力实验附件向心力实验附件(ME-8952)(ME-8952)，转动平台，转动平台(ME-(ME-8951)8951)，夹钳滑轮，砝码和砝码挂钩，细绳，直流，夹钳滑轮，砝码和砝码挂钩，细绳，直流稳压电源，电子天平，转动驱动器稳压电源，电子天平，转动驱动器(ME-8955)(ME-8955)，光，光门传感器（门传感器（ME-9204BME-9204B），），

2、A A型底座及支架杆，计算型底座及支架杆，计算机机500500型接口，电脑。型接口，电脑。 设一长度为的设一长度为的 细绳，一端系一质量为细绳，一端系一质量为 的物体，的物体，另一端固定，让其在光滑水平面上绕固定点作圆周运动，另一端固定，让其在光滑水平面上绕固定点作圆周运动，则作用在该物体上的绳的拉力即为向心力：则作用在该物体上的绳的拉力即为向心力： 式中，式中， 是圆周运动的速度，是圆周运动的速度， 是角速度是角速度( )( )。 测量转动一周的时间测量转动一周的时间( (周期周期) ) 。又。又 则向心力又可以表达为如下式子则向心力又可以表达为如下式子 22mrrmvFTrv2224Tmr

3、Frmvrv T实验实验A A：改变半径，力和质量为常量。：改变半径，力和质量为常量。实验实验B B：改变力，半径和质量是常量。：改变力，半径和质量是常量。 实验实验C C：改变悬挂物的质量，半径和力为恒定。：改变悬挂物的质量，半径和力为恒定。1.1.用科学工作室自带的表格读数功能，记录各实验用科学工作室自带的表格读数功能，记录各实验内容所要记录的周期。内容所要记录的周期。 2. 2. 计算滑轮所悬挂的砝码及砝码架的重力。计算滑轮所悬挂的砝码及砝码架的重力。3.3. 计算各实验所要求出的数据，填入相应的表格。计算各实验所要求出的数据，填入相应的表格。4. 4. 在绘图纸上，标出数据对应点，绘出

4、半径对应在绘图纸上，标出数据对应点，绘出半径对应周期平方的直线和力相对周期平方倒数的直线。周期平方的直线和力相对周期平方倒数的直线。5. 5. 在直线上任取两点，求出相应的直线斜率。在直线上任取两点，求出相应的直线斜率。6. 6. 由斜率计算所要的实验数据由斜率计算所要的实验数据F F和和m m。7. 7. 计算相对误差。计算相对误差。 1. 1. 实验实验A A中，每次测量都要先改变悬挂物与中央柱中，每次测量都要先改变悬挂物与中央柱支架之间的绳长，再移动侧臂柱支架，找到平衡支架之间的绳长，再移动侧臂柱支架，找到平衡点，此时半径既是所需要的平衡半径，平衡时，点，此时半径既是所需要的平衡半径，平

5、衡时，桔红色指示器保持位置不动，不能调节。桔红色指示器保持位置不动，不能调节。2.2.实验实验B B中，每次测量都要先改变悬挂物与中央柱支中，每次测量都要先改变悬挂物与中央柱支架之间的绳长，再填加或减少砝码，找到平衡点，架之间的绳长，再填加或减少砝码，找到平衡点，平衡时，应调节中央柱支架指示器与桔红色指示平衡时，应调节中央柱支架指示器与桔红色指示器处于同一个位置。器处于同一个位置。3.3.实验实验C C中，选择合适的半径和绳长，平衡后，后面中，选择合适的半径和绳长，平衡后，后面只需要改变悬挂物的重量，其它不变。只需要改变悬挂物的重量，其它不变。4. 4. 加电压前，一定把移去悬挂在滑轮上砝码和

6、挂架。加电压前，一定把移去悬挂在滑轮上砝码和挂架。1.1. 实验实验A A中，当半径提高时，周期是增加了还是中，当半径提高时，周期是增加了还是 减小了？减小了？2 2实验实验B B中，转动物体的转动半径和质量恒定时，中，转动物体的转动半径和质量恒定时，周期的增长会不会引起向心力的改变？周期的增长会不会引起向心力的改变？3 3实验实验C C中，当转动物体的质量增加时，向心力是中，当转动物体的质量增加时，向心力是增加了还是减少了？增加了还是减少了？4 4分析每个实验的误差原因。分析每个实验的误差原因。 通过实验得到盘和环的转动惯量实验值，并通过实验得到盘和环的转动惯量实验值，并验证这些值相对于计算

7、出的理论值的差别。验证这些值相对于计算出的理论值的差别。 灵敏滑轮，砝码和挂钩，转动惯量附件，线灵敏滑轮，砝码和挂钩，转动惯量附件，线绳，圆盘和圆环，电子天平，灵敏滑轮光门，电绳，圆盘和圆环，电子天平，灵敏滑轮光门，电脑。脑。 理论上，环绕着它的质心的转动惯量为理论上，环绕着它的质心的转动惯量为 又理论上，盘绕着它的质心的转动惯量为又理论上，盘绕着它的质心的转动惯量为 盘绕其直径的转动惯量为盘绕其直径的转动惯量为 为了从实验上确定转动惯量，施加一个已知的力在物体为了从实验上确定转动惯量，施加一个已知的力在物体上，测量产生的角加速度。因为上，测量产生的角加速度。因为 ，所以，所以)(212221

8、RRMI221MRI 241MRI II 这里，这里， 是角加速度，它等于是角加速度，它等于 ， 绳子上挂绳子上挂着的物体产生得力矩，是整个装置转动的基础。力矩着的物体产生得力矩，是整个装置转动的基础。力矩表达式为表达式为 。 这里这里, , 是绳子所绕的圆柱的半径，是绳子所绕的圆柱的半径， 是装置转动时绳子是装置转动时绳子的张力。的张力。 对悬挂的物体应用牛顿第二定律对悬挂的物体应用牛顿第二定律 由得绳子张力为由得绳子张力为 因此知道物体的线加速度，就可得到力矩和角加速度，因此知道物体的线加速度，就可得到力矩和角加速度，计算出圆盘和圆环的转动惯量。计算出圆盘和圆环的转动惯量。 ra /rTr

9、TmaTmgF)(agmT1 1计算理论上转动惯量计算理论上转动惯量 。2 2实验方法测量转动惯量。实验方法测量转动惯量。 1 1计算盘绕其质心和直径的转动惯量的理论值。计算盘绕其质心和直径的转动惯量的理论值。 2 2计算环和盘的转动惯量的理论值。计算环和盘的转动惯量的理论值。 3.3.计算盘和环在一起的转动惯量的实验值。计算盘和环在一起的转动惯量的实验值。 4.4.计算只有盘时转动惯量的实验值，得到环的计算只有盘时转动惯量的实验值，得到环的 转动惯量的实验值。转动惯量的实验值。5.5.计算盘绕其直径转动惯量的实验值。计算盘绕其直径转动惯量的实验值。6.6.分别计算盘、环和盘绕其直径的转动惯量分别计算盘、环和盘绕其直径的转动惯量实验实验值和理论值值和理论值相对误差相对误差。1 1记录