三线摆设计实验.doc

探究摆长对物体转动惯量的影响【实验目的】验证三线摆摆长为50厘米左右时测量物体的转动惯量误差最小【实验原理】刚体转动惯量是理论力学中一个基本物理量。转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量,它与刚体的质量分布及转轴位置有关。正确测定物体的转动惯量,在工程技术中有着十分重要的意义。其在工业制造及产品设计中有着重要意义。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,结合有关几何关系得如下公式:悬盘空载时绕中心轴作扭摆时得转动惯量为:(1)其中是圆盘质量;是重力加速度();、分别指上下圆盘中心的到各悬线点的距离;是上下圆盘之间的距离;是圆盘转动周期。悬盘上放质量为圆环,其质心落在中心轴,悬盘和圆环对于中心轴共同的总转动惯量为:(2)其中各量与(1)中相对应。将式(2)变形可得质量为圆环对中心轴的转动惯量:【实验仪器】杭州富阳精科仪器有限公司生产的FB210型三线摆转动惯量实验仪;其他仪器有米尺、游标卡尺、物理天平等。【实验步骤】实验采用三线摆测定圆环对通过其质心切垂直于环面轴的转动惯量。实验步骤要点如下:调整三线摆装置调整三线摆悬线的长度为40cm,利用上圆盘上的三个调节螺丝,使三悬线等长,并固定紧定螺钉。观察下圆盘中心的水准器,并调节底板上三个调节螺钉,使下圆盘处于水平状态。调整底板左上方的光电传感接收装置,使下圆盘边上的挡光杆能自由往返通过光电门槽口。2、测量周期T0和T1(1)将光电传感接收装置与测试仪用专用导线连接,再设定计数次数,方法为按“置数”键后,再按“下调”或“上调”键调至所需的次数,再按“置数”键确定。下圆盘处于静止状态,拨动上圆盘的“转动手柄”,将上圆盘转过一个小角度(5度左右),带动圆盘绕中心轴作微小扭摆运动。摆动数次后,按测试仪上的“执行”键,光电门开始计数(同时状态显示灯闪烁)。到给定的次数后,状态显示灯停止闪烁,此时测试仪显示的计数为总的时间t0,从而得到摆动周期T0=t0/摆动次数。如此测5次,取平均值。进行下一次测量时,测试仪先按“返回”键。将圆环放在下圆盘上,使两者的中心轴线相重叠,测定摆动周期T1调整三线摆悬线的长度为45cm、50cm、55c