扭摆法测定物体转动惯量Word格式.docx
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圆柱体的转动惯量:
金属圆筒的转动惯量:
木球的转动惯量:
金属细杆的转动惯量:
三、实验步骤
1.用游标卡尺、钢尺和高度尺分别测定各物体外形尺寸,用电子天平测出相应质量;
2.根据扭摆上水泡调整扭摆的底座螺钉使顶面水平;
3.将金属载物盘卡紧在扭摆垂直轴上,调整挡光杆位置和测试仪光电接收探头中间小孔,测出其摆动周期T;
4.将塑料圆柱体放在载物盘上测出摆动周期T1。
已知塑料圆柱体的转动惯量理论值为J1’,根据T0、T1可求出K及金属载物盘的转动惯量J0。
5.取下塑料圆柱体,在载物盘上放上金属筒测出摆动周期T2。
6.取下载物盘,测定木球及支架的摆动周期T3。
7.取下木球,将金属细杆和支架中心固定,测定其摆动周期T4,外加两滑块卡在细杆上的凹槽内,在对称时测出各自摆动周期,验证平行轴定理。
由于此时周期较长,可将摆动次数减少。
四、注意事项
1.由于弹簧的扭摆常数K不是固定常数,与摆角有关,所以实验中测周期时使摆角在90度左右。
2.光电门和挡光杆不要接触,以免加大摩擦力。
3.安装支架要全部套入扭摆主轴,并将止动螺丝锁紧,否则记时会出现错误。
4.取下支架测量物体质量。
处理时支架近似为圆柱体。
五、实验结果
1.各种物体转动惯量的测量
物体名称
质量m/kg
几何尺寸/cm
周期Ti/s
平均周期TQ/s
转动惯量实验值J/(kg·
m2)
不确定度%
转动惯量理论值J/(kg·
相对误差/%
金属载物盘
0.777
0.781
5.077×
10-4
塑料圆柱体
0.7157
D=10.012
1.298
1.299
8.968×
0.29
0.0
1.297
1.301
金属圆筒
0.7164
D外=10.016
D内=9.398
1.630
1.704×
10-3
0.28
1.689×
0.9
1.628
1.632
木球
0.7246
D=13.573
1.210
1.219×
0.33
1.335×
金属细杆
0.1332
L=61.08
2.221
2.222
4.110×
0.30
4.141×
0.7
2.223
塑料圆柱体转动惯量理论值:
金属载物盘转动惯量:
弹簧扭转常数:
不确定度:
塑料圆柱体转动惯量实验值:
金属圆筒的转动惯量实验值:
金属圆筒转动惯量理论计算值:
木球的转动惯量实验值:
木球的转动惯量计算值:
金属细杆转动惯量实验值:
金属细杆转动惯量理论计算值:
2.验证平行轴定理
m滑块=238.1gD滑块外=35.08㎜D滑块内=6.24㎜L滑块=32.90㎜
滑块的总转动惯量为(x=0)
滑块位置x/cm
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
摆动周期T/s
2.540
3.273
4.220
5.274
6.375
2.539
3.274
4.218
5.275
6.376
4.223
5.276
6.377
平均周期TQ/s
转动惯量的实验值/(kg·
5.370×
8.917×
1.482×
10-2
2.316×
3.384×
不确定度/%
转动惯量的理论值/(kg·
5.381×
8.953×
1.491×
2.324×
3.395×
0.2
0.4
0.6
0.3
J4为金属细杆的转动惯量;
3.滑块不对称时平行轴定理的验证
一滑块位置x1/cm
另一滑块位置x2/cm
2.932
3.500
4.613
4.883
3.787
4.400
5.089
4.790
5.428
5.865
T2
8.597
12.25
21.28
23.84
14.34
19.36
25.90
22.94
29.46
34.40
T2和x22是线性的。
平行轴定理得证。
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