三线摆测物体转动惯量实验报告

1、桂林电了科技大？物理实验中心物理实脸教案桂林电了科技大？物理实验中心物理实脸教案三线摆测物体转动惯量【实验冃的】1. 学会使用三线摆(IM1新型转动惯晟测定仪)2. 了解掌握霍尔开关的原理3. 节握转动惯帚的多种测吊方法4. 设计数据处理方法【实验仪器】IM-1新型转动惯灵测定仪、霍尔开关传感器、多功能亳秒计、游标卡尺、 米尺。【仪器外形】【预习耍求】1. 理解该实验的实验原理2. 掌握IM-1新型转动惯帚测泄仪的使用及基本操作方法3. 掌握霍尔开关的原理及应用范围4. 测杲数据的设定及数据处理方法【实验原理】依照机械能守恒定律，如果扭角足够小，悬盘的运动可以看成简谐运 动，结介有关几何关系得

2、如卜公式：1 悬盘空载时绕屮心轴作扭摆时得转动惯斎为：(31)其中M。是圆盘质最;g是重力加速度(g = 9.80m*? )5 r. R分别指 ± FES盘中心的到并悬线点的距离；/是上卜圆盘之间的距离：7；是圆盘 转动周期。2. 悬盘上放质量为物体,其质心落在中心轴，悬盘和物体对丁中(32)心轴共同的总转动惯廣为:14亍H其中各量:与1中相对应。将式3-2变形可得质彊为物体对中心轴的转动惯屋/WI:(3-3)3质彊为Mr的物体绕过质心轴线的转动惯讯为/ ,转轴平行移动距离d时，比绕新轴的转动惯最将变为r = i + M2d2,将两个质吊相同的闘柱体对称地放置在悬盘的两边，并使其边缘

3、与圜盘上同心圜刻槽线切，如图31所示.片实验测紂摆动周期为7；,则两圆柱体和悬盘对中心轴的总转1 悬盘2.同心圆刻槽线3圆柱体图3-14. 由平行轴定理，可从理论上求得：91=-M2r+M2d2365. 改变I: FIMia之间的距离H （5次），测届卜黒盘摆动的周期7； （5次）,用作图法处理 数据。【仪器调节】1. 三线摆调节：（1）调节上盘水平：把水平仪放在上恻盘上，调节启动盘锁紧旋钮（2）调节下盘水平:把水平仪放在下圆盘上,调节上圆盘的三个摆 线调节旋钮。调节霍尔开关探头和计时仪柑:林电了科技大7物理实验中心物理实验教案（1）调节霍尔开关探头的位置，使其恰好在悬盘卜面粘着的小必钢 的卜

4、方10mm左右，此时计时仪的低电平指示发光传处J刚好 能亮。起动盘启动后须复位到起始位置。（2）调节计时仪的次数位置（预设次数小J-65次），然后按RESET键复位，一 I丄计时仪开始计时，次数预置改变无效。须按RESET键复位后才有效。【仪器结构】1、起动盘锁紧螺母2、摆线调节锁紧螺栓3、摆线调节旋扭4、启动盘5、摆线6、悬盘7、霍尔开关传感器8、底板调节螺钉9、底板10、计时亳秒仪11、磁钢【实验步骤】1. 读出悬盘质测出圆环和圆柱质囂填入表中。2. 调节8,使9水平3. 松开2,调节3,改变5的长度，使6水平。4. 安装7,使Z在11正下方510mm处，并连接10。5. 计时毫秒仪预置次

5、数的设定：根据霍尔开关一个周期输出两次低电平，若测10个周期的时间，计时毫秒仪预置次数应设置为20。（注意：一口计时仪开始计时，次数预置改变无效。须按RESET键复位后才有效。）6. 使6静止，打开电源，松开1,向左向右小丁 5度对称转动4。7. 观察11是否对称7扭摆，是就按10的RESET （复位）键。8. 当10计时停止,记录数据，填入表1中,再按10的RESET （复 位）键，再记录数据。若摆角减小到霍尔开关不能一个周期两次输出低电平时，亜新摆动总盘。乩至记录需婆的数据。9.把関环放在悬盘上，其质心落在悬盘的中心轴上，重复4、5、6,并记录数据,填入表1中。10取下圆环，把两个圆柱按右

6、图1放好，复4、5、6,并记录数据，填入表中。11.用米尺测量4与6之间的距离H,用游 标卡尺测帚6的H径D,圆环的内径和 外径、圆柱的克径、Dffl （如右图1）、4 和6线点间的距离a、b （如右图2）,填 入表中。右图1右图2 匸悬盘边【实验内容】1. 测杲卜悬盘的转动惯炭/。:（1）测罐上下圆盘旋点到盘中心的距离I和R ,其方法如下:3-2卜恻盘R的测最示意图用游标卡尺测啟卜関盘各旋点间的距离.冬、 用游标卡尺测量上圆盘各旋点间的距离b.用公式K = a和r =呂,其中"Z+333T K+b+bh = -: o3（2）用米尺测量上F圆盘间的距离H （3）记录圜盘测泄质届M。（

7、4）测吊:卜圆盘摆动的周期7；：轻轻旋转上恻盘，使卜砸盘悬盘作扭转 摆动（摆角小于5度）,记录数据.2. 测駅悬盘加圆环的转动惯吊人（1）用物理大平测剧列环的质磺也。（2）在卜恳盘上放上圆环并使之屮心対准悬盘的屮心。（3）测杲加上圆环后摆动周期7；。（4）用游标卡尺测量圆环的内、外径D内和D外。3. 验证平行轴定理（1）用物理天平测量圆环的质量Mr。（2）将两个相同的圆柱体按照卜悬盘上的刻线对称地放在悬盘上，相距 一定地距离2d = D-Dn（3）测啟摆动周期0。（4）测彊恻柱体地宜径久 和悬盘匕閲柱体所处地刻线苴径",。【实验数据记录】1表1个周期地测定测最项目悬盘质量M。=圆坏质

8、=圜柱质盘m2 =预设次数202020总时 间（秒S）12345平均时间平均周期2衣2上卜圆盘几何参数及其间距离（cm）测S项 目D、Habr = Tr，次 数123平均值3表3圆环、圆柱体几何参数（cm）测最项冃5D22 =久一。柱次 数123平均值4. 表4卜關盘ZMJ的距离H（5次）与卜悬盘摆动的周期7； （5）距离0 =H,=H严H厂H产预设次 数2020202020总 时 间12345平均值平均周 期桂林电了科技大学物理实验中心物理实验教案【数据处理】1. 计算卜储盘的转动惯彊人的绝対谋差A/。2. 写出结果表达式/0 = 7；+a/0 ,用科学计数法表示，要求尾数对齐。3. 计算圆

9、环的转动惯最/W1的绝对误差"mi ,公式为人和“0市各自地误差传递公式计算。4. 写出结果农达式/2 = <±A/1 , JIJ科学计数法衣示，要求尾数对齐。5. 把公式/。=里4$7?变形为/=纟導7?=兄7；2,根据表44龙/4旷人的数据,作出H _T：图，求出斜率几，并求出转动惯杲/。【思考练习】1. 实验中误差來源冇哪吐？如何克服？2. 比较两种方法求/。的优劣？总结霍尔开关在实验中应用注意爭项。桂林电了科技大学物理实验中心物理实验教案【参考数据记录】1.转动惯駁的测赧（1） 表110个周期地测定测最项目悬盘质虽圆坏质虽圆柱质呈Af0 =479 0gA/】

10、=201.3gM2 = 200.7g预设次数20202010个113.82814.31314.296周期213.82014.30914.280的总313.81614.30814.279时间t413.8051430314.278(s)513.7981429414.270平均时间（s）13.81314.30514.281平均周期1.38131.43051.4281（2） 表2上卜閲盘儿何参数及其间距离（"”）测量項目qHabRa3r = g次数114.80848.1112.8946.7207.2863.906214.81648.0712.5086.706314.81048.0612.45

11、66.868平均值14.81148.0812.6196.765桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案（3）表3圆环、圆柱体几何参数（C7 ）测量项目0卜952d =久一 D柱次数111.37812.0962.53612.95410.40221137612.0982.538311.39212.1102.552平均值1138212.1012.552【参考数据处理】1.转动惯彊的数据处理（1）各量的平均值:见各表中.（2）计算R、I的值：见表2。（3）计算d的值：见表3。（4）悬盘空我时的转动惯吊：实验值：桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案7o =M

12、ogRr 2479.0x l(r' x9.794x 7.286x 10 x 3.906x 104x3.142 x48.08x10*2xl.38132桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案l335xl0-'1?96-xl.3813, =l343xl(T'Kg7'理论值: 1 2I OqDi= |x479.0x10-3x(14.811x10_2)2 =1.313xl0-3绝对误差:A/= 1。-1； = 1.343x10-'- 1.313x107 = 0.03x1 (T'Kg.严结果表示:/0 =7o±A/ = (1.34+0.03) x

13、io-3.-2相对误差：±100% =吗巴，r /0134xW3-3x 100% = 2.2%桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案桂林电了科技犬学物理实验中心物理实验教案（5）圆环的转动惯量: 总转动惯磧:4刊4x3.142x48.08x10":1.896x10-'.in-3 .xl.4305- = 2.046x10 Kg.nr 18.96(479.0 + 201.3)x 10-3 x9.794x 7.286x 10_: x 3.906xlO-2 灯 4305：圆环转动惯最:7M1 =7i-7o =2.046 xW3 -1.343 X10-3 = 0.703 x

14、l0"3./n2理论值:儿"諾卜 201.3xl0'x(11.382xl0 丁+(12.101x10 于)=0.6944 x l(r'Kg 亦绝对误差：/样=7呦 一/二=0.703xlO-3 -0.6944xlO-3 = 0.009x 10一Kg.亦结果表示:桂林电了科技犬？物理实验中心物理实验教案/巧= (0.703+0.009) x 10"3 Kgjn2相对误差：6 =xl00% =0.009 xlO"30.703 x IQ-3x 100% = 1.3%桂林电了科技犬？物理实验中心物理实验教案桂林电了科技犬？物理实验中心物理实验教案

15、(6) 平彳j：轴定理的验证总转动惯吊:：7(M° + 2Mjg& 严/：=硏人(479.0 + 200.7)xl0"3 x 9.794x 7.286xl0"2 x 3.906xlO*2 .,“厂 4x3.14-x48.08xl01.895xl0"2.=xl.4281- =2.038xW5./zr18.96个圆柱的转动惯量:M21 1=_(人一/o)= _(2O38x1(F'2 2-1.343 x l(r)= 0.348 x IO"5 Kgjn2桂林电了科技犬？物理实验中心物理实验教案桂林电了科技犬？物理实验中心物理实验教案理论值:十 100.4"，X(2.55