扭摆法测定物体转动惯量实验报告模板

1、大学物理实验报告学生：学号： 专业班级：班级编号：实验时间：第周，星期, 时分座位号：扭摆法测定物体转动惯量（说明：本模板仅供写实验报告参考使用，与实际实验并不完全相同，切勿照抄!）一、实验目的1、测定扭摆弹簧的扭转常数K。2、测定几种不同形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较。3、验证转动惯量平行轴定理。二、实验仪器（实验中实际用到的仪器）三、实验原理扭摆的结构如图2.1所示，将物体在水平面转过一角度 后，在弹簧的恢复力矩作用下，物体就开 始绕垂直轴作往返扭转运动。成正比，即根据胡克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩"与所转过的角度（2. 1）根据转动定律：M=J得c M"

2、丁令由式（21）. （2.2）得：卩丄丄=-丄& = -3冷Jdr J上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，此方程的解为:(2.2)图2.10 = Acos(!Jt(p)此谐振动的周期为：T(2.3)(2.4)由（2.3）或（2.4）式可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在丿和K中任何一个量已知时即 可计算出另一个量。本实验用一个已知形状规则的物体，它的转动惯量可以根掲它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算 得到，再算出仪器弹簧的攵值。若要测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的 各种夹具上，测定其摆动周期，由公式（2.3）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。理

3、论分析证明，若质量为刃的物体绕通过质心轴的转动惯量为兀，当转轴平行移动距离x时，则此物 体对新轴线的转动惯量变为斥血。称为转动惯量的平行轴定理。四、实验容L测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）K.2、测定塑料圆柱、金属圆筒、木球与金属细杆的转动惯量。并与理论值进行比较。3, 改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。五、实验步骤1、测出塑料圆柱体的外径，金属圆筒的、外径，木球直径，金属细杆长度（各测3次）；并称出各个物体 的质量。2, 调整扭摆基座底角螺丝，使水准泡中气泡居中。3、装上金属载物盘，并调整光电探头的位置使载物盘上宿光杆处于其缺口中央且能遮住发射、接受红外光线的小孔。测定

4、摆动周期兀。4, 将塑料圆柱体垂直放在载物盘上，测定摆动周期乃。5, 用金属圆筒代替塑料圆柱体，测定摆动周期&。6, 取下载物金属盘、装上木球，测定摆动周期g （在计算木球的转动惯量时, 应扣除支座的转动惯量）。7, 取下木球，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合），测定摆动周期 T“ （在计算金属细杆的转动惯量时，应扣除夹具的转动惯量）。8, 将滑块对称放置在细杆两边的凹槽（见图1.3）,此时滑块质心离转轴的距 离分别为5.00, 10.00, 15.00, 20. 00, 25. 00厘米，测定摆动周期几 计算丿并与理论值进行比较（计算转动惯量时应扣除夹具的转动惯量）。验证转动

5、惯量的平行轴定理。六、注意事项1, 由于弹簧的扭转常数K值不是固定常数，摆角在90"左右才基本相同。为了降低实验时由于摆动角度变 化过大带来的系统误差，在测定各种物体的摆动周期时摆角不宜过小，摆幅也不宜变化过大。2, 探头宜放置在拶光杆的平衡位置处，档光杆不能与它相接触,以免増大摩擦力矩。3, 机座应保持水平状态。4, 在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆主轴,并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常工作。4、称量金属细杆与木球的质量时，必须将夹具或支座取下,否则会带来较大误差。七、数据表格与计算结果金属圆筒683.6D外100. 02T2L480翼=4"(万外2+耳2)=1

6、5.96310'*j _K7V_人4丹人16.32410'*2. 3%100. 02100. 041.500万外100. 031.476I)93. 10fl1.48593. 1293. 20%93. 14木球855.4Dt127. 970Ta1.282J y - 1 niD- 10宜14.39210'*zK亍 f ,3. 9%127. 9721.223人4丹丿支坐14.95910 "127. 9701.248%127. 971n1.251金属 细杆13&1L609.5T.2. 130人讥41082410'*,W3. 8%2. 1412. 104

7、44才 Sji43.40710 "2. 125说明：K值按照此式计算：K=4八厶=(艸沪)!JfJ =i«Di2=9. 06010 ；Kr m K =4龙？ =3. 81510 2 (N/m)87T 7V表2 验证转动惯量平行轴定理数据记录表(10'2 m)5. 0010. 0015. 0020. 0025. 00摆动周期T (s)2. 4373. 2264. 1655. 2066. 2932. 4303. 2274. 1645. 2076. 2892.4283. 2274. 1675. 2096. 290T (s)2.4313. 2274. 1655. 2076.

8、 291实验值(Kg nf)7= K2 4托257. 11210M96. 11410-4157.1871O'4253.41510"363.41510*理论值(Kg mJ)J =./4 +22 +人+丿材56.1121o-492.35910-4153.264104249.4151O'*350.74210 1百分差1.2%1. 1%2. 6%1.6%3. 6%结论：平行轴定理成立。八、思考题与误差分析1、本实验对摆动角度有什么要求？如果没满足实验要求将带来什么误差？ 答：摆角在90120°左右扭转常数K值才基本相同。若摆角不满足，M= K就不成立，所以摆动角度变化会给实验带来系统误差。2、实验中导致误差的因素有：（自己补充分析、罗列）。ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooOO 0 0000000000000。000000000。OOOOOOOOOOOOOO。九、附录金属细杆夹具转动惯量实验值