扭摆法测定物体转动惯量实验报告

1、本文格式为word版，下载可任意编辑扭摆法测定物体转动惯量实验报告 扭摆法测定物体的转动惯量 一、 试验目的 1.测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）k。 2.测定熟料圆柱体、金属圆筒、木球与金属瘦长杆的转动惯量。 3.验证转动惯量的平行轴定理。 二、 试验器材 扭摆、转动惯量测试仪、金属圆筒、实心塑料圆柱体、木球、验证转动惯量平行轴定理用的金属细杆（杆上有两块可以自由移动的金属滑块）、游标卡尺、米尺 托盘天平。 三、 试验原理 1.测量物体转动惯量的构思与原理 将物体在水平面内转过以角度 后，在弹簧的恢复力矩作用下物体就开头绕垂直轴作来回扭转运动。更具胡克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩 m

2、 与所转过的角度 成正比，即 m k q = - 式中 k 为弹簧的扭转常数。 若使 i 为物体绕转轴的转动惯量， 为角加速度，由转动定律 m i b = 可得 m ki ib q = = - 令2kiw = ，忽视轴承的磨察阻力距，得 222ddtqb w q = = - 上式表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。方程的解为 cos( ) a t q w j = + 式中 a 为简谐振动的角振幅， j 为初相位角， w 为角速度。谐振动的周期为 22itkppw= = 由上式可知，只要通过试验测得物体扭摆的摇摆周期，并在 i 和 k 中任何一个量已知时即可计算

3、出另外一个量。 本试验使用一个几何外形规章的小塑料圆柱，它的转动惯量可以依据质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，将其放在扭摆的金属载物盘上，通过测定其在扭摆仪上摇摆时的周期，可算出仪器弹簧的 k 值。若要测定其他外形物体的转动 惯量，只需将待测物体安放在同一扭摆仪顶部的各种夹具上，测定其摇摆周期，即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。 假设扭摆上只放置金属载物圆盘时的转动惯量为0i ，周期为0t ，则 220 04t ikp= 若在载物圆盘上放置已知转动惯量为1i 的小塑料圆柱后，周期为1t ，由转动惯量的可加性，总的转动惯量为0 1i i + ，则 2 22 2 1 0 1 0 14 4( )

4、 t i i t ik kp p= + = + 解得 212 21 04ikt tp =- 以及 21 002 21 0i tit t=- 若要测量任何一种物体的转动惯量，可将其放在金属载物盘上，测出摇摆周期t，就可算出其转动惯量 i，即 2024kti ip= - 本试验测量木球和金属细杆的转动惯量时，没有用金属载物盘，分别用了支架和夹具，则计算转动惯量时需要扣除支架和夹具的转动惯量。 2.验证物体转动惯量的平行轴定理 本试验利用金属细杆和两个对称放置在细杆两边凹槽内的滑块来验证平行轴定理。测量整个系统的转动周期，可得整个系统的转动惯量的试验值为 224ktip= 当滑块在金属细杆上移动的距

5、离为 x 时，依据平行轴定理，整个系统对中心轴转动惯量的理论计算公式应为 2+2 +2m i i i i x = +细杆 夹具 滑块 滑块 式中 i 滑块 为滑块通过滑块质心轴的转动惯量理论值。 假如测量值 i 与理论计算值i 相吻合，则说明平行轴定理得证。 四、 试验步骤 1.熟识扭摆的构造及使用方法，熟识转动惯量测试仪的使用方法。 2.测出塑料圆柱体的外径，金属圆筒的内、外径，木球直径，金属瘦长杆长度及个物体质量（各测量 3 次）。 3.调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪的气泡位于中心。 4.装上金属载物盘，调整光电探头的位置使载物盘上的挡光杆处于其缺口.且能遮住放射、接受红外光线的小孔。测定

6、摇摆周期0t 。 5.将塑料圆柱体垂直放在载物盘上，测定摇摆周期1t 。 6.用金属圆筒代替塑料圆柱体，测定摇摆周期3t 。 7.取下载物盘、装上木球，测定摇摆周期4t （在计算木球的转动惯量时，应扣除支架的转动惯量）。 8.取下木球，装上金属细杆（金属细杆中心必需与转轴重合），测量摇摆周期5t （在计算金属细杆的转动管粮食以扣除夹具的转动惯量）。 9.将滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，此时滑块质心理转轴的距离分别为5.00cm，10.00cm，15.00cm，20.00cm，25.00cm，测定摇摆周期 t，验证转动惯量的平行轴定理（在计算转动惯量时，应扣除夹具的转动惯量）。 五、 试验数据

7、记录 刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m- 周期/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m （ ） 试验值/-4 210 kg m （ ） 百分差 金属载物盘 01t 21 002 21 0i tit t=- 02t 03t 0t 小塑料圆柱 11d 11t 21 11= m8i d 211 024kti ip= - 12d 12t 13d 13t 1d 1t 大塑料圆柱 21d 21t 22 21= m8i d 222 024kti ip= - 22d 22t 23d 23t 2d 2t 刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m- 周期

8、/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m （ ） 试验值/-4 210 kg m （ ） 百分差 金属圆筒 1d 外 31t 2 231= m +8i d d外 内（ ） 233 024kti ip= - 2d 外 3d 外 32t d 外 1d 内 33t 2d 内 3d 内 3t d 内 刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m- 周期/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m （ ） 试验值/-4 210 kg m （ ） 百分差 木球 1d 直 41t 241= m10i d 直 24 4240.187ki t iip= -=支座支座 2d 直 42t 3d 直 43t d 直 4t 金属细杆 1l 51t 251= m10i l 25 5240.321ki t iip= -=夹具夹具 2l 52t 3l 53t l 5t 平行轴定理的验证 2/10 x m- 5.00 10.00 15.00 20.00 25