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文檔簡介
1、曲阜師大學實驗報告實驗日期:2020.5.24實驗時間:8:30-12:00:方小柒學號:*年級:19 級專業(yè):化學類實驗題目:三線擺測剛體轉動慣量一、 實驗目的:1.學會用三線擺法測定物體轉動慣量原理和方法。2.學會時間、長度、質(zhì)量等基本物理量的測量方法以及儀器的水平調(diào)節(jié)。二、 實驗儀器:三線擺,待測物體(圓環(huán)和兩個質(zhì)量和形狀相同圓柱),游標卡尺,米尺,電子秒表,水平儀三、 實驗原理:轉動慣量是物體轉動慣性的量度, 物體對某軸的轉動慣量越大,則繞該軸轉動時,角速度就越難改變。三線擺裝置如圖所示,上下兩盤調(diào)成水平后,兩盤圓心在同一垂直線 o1o2上。下盤可繞中心軸線 o1o2 扭轉,其扭轉周期
2、 t 和下盤的質(zhì)量分布有關,當改變下盤的質(zhì)量分布時,其繞中心軸線 o1o2 的扭轉周期將發(fā)生變化。三線擺就是通過測量它的扭轉周期去求任意質(zhì)量已知物體的轉動慣量的。三擺線示意圖當下盤轉動角度很小,且略去空氣阻力時,懸線伸長不計,扭擺的運動可近似看作簡諧運動。根據(jù)能量守恒定律和剛體轉動定律均可以得出物體繞中心軸oo的轉動慣量:下盤:j0=下盤+圓環(huán):j1=圓環(huán):j= j1- j0=(條件:5,空氣阻力不計,懸線伸長不計,圓環(huán)與下盤中心重合)因此,通過長度、質(zhì)量和時間的測量,便可求出剛體繞某軸的轉動慣量。四、 實驗容:1.了解三線擺原理以及有關三線擺實驗器材的知識。2.用三線擺測量圓環(huán)的轉動慣量,并
3、驗證平行軸定理(1)測定儀器常數(shù) h、r、r恰當選擇測量儀器和用具,減小測量不確定度。 自擬實驗步驟,確保三線擺上、下圓盤的水平,是儀器達到最佳測量狀態(tài)。(2)測量下圓盤的轉動慣量線擺上方的小圓盤, 使其繞自身轉動一個角度, 借助線的力使下圓盤作扭擺運動,而避免產(chǎn)生左右晃動。 自己擬定測量下圓盤轉動慣量的方法。(3)測量圓環(huán)的轉動慣量盤上放上待測圓環(huán),注意使圓環(huán)的質(zhì)心恰好在轉動軸上,測量圓環(huán)的質(zhì)量和、外直徑。 利用公式求出圓環(huán)的轉動慣量。(4)驗證平行軸定理將質(zhì)量和形狀尺寸相同的兩金屬圓柱體對稱地放在下圓盤上。 測量圓柱體質(zhì)心到中心轉軸的距離。計算圓柱體的轉動慣量。五、 實驗步驟:、流程簡述:
4、一、測三線擺空盤的轉動慣量:1調(diào)節(jié)儀器:使用水平儀,調(diào)整上盤和下盤使它們保持水平。2分別測出上盤、下盤的半徑 r, r,以及兩盤之間的高度 h。3啟動振動和測量周期:用秒表測出10 次全振動所需的時間,重復5 次,計算出 平均周期。4利用測得周期,帶入計算。5與圓盤的理論值比較,j0=m0r2/2,求出相對誤差。二、測圓環(huán)的轉動慣量:1把圓環(huán)放在下盤中,注意使環(huán)的質(zhì)心恰好在轉動軸上,重復以上步驟,測出載有圓環(huán)的轉動周期,根據(jù)公式計算轉動慣量。2用游標卡尺分別測出圓環(huán)的、外半徑r 和 r 外,計算理論結果 j 理論=(r2+ r2外)m/2。3將實驗值和理論值相比較,給出相對誤差。、線上操作:正
5、式開始實驗:正式開始實驗:(1)開始實驗后,從實驗儀器欄中點擊拖拽儀器至實驗臺上。三線擺本身無法刪除。開始時實驗儀器已經(jīng)擺好在實驗桌上。將實驗儀器欄,實驗提示欄和實驗容欄展開,將鼠標移至儀器各部分均會顯示說明信息。 雙擊其左上部系統(tǒng)菜單圖標關閉儀器圖片窗口,在實驗儀器列表窗口雙擊其左上部系統(tǒng)菜單圖標關閉之。(2)三線擺雙擊桌面上三線擺小圖標,彈出三線擺的操作窗體,包括三線擺振動系統(tǒng)、兩個圓柱體、圓環(huán)、水平儀等。(3)水平調(diào)節(jié)界面將水平儀拖動到三線擺支架上方或下圓盤中, 觀察三線擺是否水平, 如下圖:可以通過三線擺支架下方兩個調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)支架上方水平,三線擺上圓盤上方的六個旋鈕調(diào)節(jié)下圓盤水平。當
6、調(diào)節(jié)下圓盤的水平時,要先將水平調(diào)節(jié)開關打開。(4) 米尺測量上圓盤懸點之間的距離雙擊桌面上的米尺后,出現(xiàn)米尺的操作主界面,如下圖:選擇“上圓盤懸點之間的距離” ,如下圖所示:可以通過點擊米尺上的選擇方向圖標來旋轉改變米尺的角度。記下各個懸點之間的距離。同理,測量下圓盤懸點之間的距離。在測量下圓盤懸點之間的距的視圖中,有一個放大的區(qū)域,有利于清晰地讀出刻度數(shù),如下圖:測量出各個懸點之間的距離,填入表中。再用米尺測量出上下圓盤之間的距離,該步驟在米尺的主界面中完成,如下圖:可以拖動該圖左邊的白色矩形框,右邊同步放大顯示米尺和三線擺,也可以拖動中間的米尺,改變其上下位置。(5) 測量沒有放置物品時三
7、線擺的轉動周期雙擊桌面上的電子停表,將三線擺拖動一個小角度,松開后,記錄三線擺轉動 20 個周期的時間。(6) 游標卡尺測量圓環(huán)的徑雙擊桌面上的游標卡尺,出現(xiàn)游標卡尺的主視圖,如下圖:點擊開始測量按鈕后,在該圖的左邊出現(xiàn)測量容,如下圖:右擊鎖定按鈕,打開游標卡尺,拖動下爪一段距離;將圓環(huán)從待測物欄中拖動到兩爪之間,如下圖:拖動游標卡尺進行測量,記下讀數(shù)。如果需要重復測量某一物品時,點擊清除物品按鈕后,再次將物品拖動到游標卡尺上(下)爪的測量位置。(7) 同理測量圓環(huán)的外徑、圓柱體的直徑以及在下圓盤上放好兩圓柱體后兩圓柱體之間的距離。(8) 測量三線擺加上圓環(huán)后的轉動周期將圓環(huán)拖動到三線擺的下圓
8、盤中,當拖動圓環(huán)到下圓盤,放下圓盤時圓盤會自動停在下圓盤的對稱位置。如下圖:轉動三線擺,用電子停表記下周期。(9) 測量下圓盤放好兩圓柱體后的轉動周期將兩圓柱體放在下緣盤上,當放好一個圓柱體后,拖動另一個圓柱體到下圓盤,松下鼠標后,圓柱體會自動放在與上一個圓柱體對稱的位置上。如下圖:(10) 轉動三線擺測量加上兩圓柱體后的擺動周期(11) 完成實驗。按照實驗容中的要求完成實驗。保存數(shù)據(jù),單擊記錄數(shù)據(jù)按鈕彈出記錄數(shù)據(jù)頁面。在記錄數(shù)據(jù)頁面的相應地方填寫實驗中的測量數(shù)據(jù),點擊關閉按鈕,則暫時關閉記錄數(shù)據(jù)頁面;再次點擊記錄數(shù)據(jù)按鈕會顯示記錄數(shù)據(jù)頁面。六、 實驗數(shù)據(jù):表 1實驗儀器各量的數(shù)據(jù)記錄下圓盤半
9、徑上圓盤半徑r(cm)上圓盤各懸點 下圓盤各懸點上下盤之間的下圓盤直徑間平均距離間平均距離距離h(cm)d(cm)a(cm)b(cm)圓環(huán)半徑r內(nèi)(cm)圓環(huán)外半徑r外(cm)r(cm)98584.4187.6517.0741.1519.71616.43018.920a=(7.75+7.70+7.50)/3=7.65b=(17.05+17.22+16.95)/3=17.07h=(41.15+41.17+41.13)/3=41.15r=(16.430+16.428+16.432)/3=16.430r 外=(18.920+18.922+18.918)/3=18.920r=4.418 r=9.858 d=19.716表 2測圓盤、圓環(huán)轉動慣量數(shù)據(jù)記錄及處理質(zhì)量(g)10 個周期t(s)123451 個周期測量值2理論值2相對誤差t(s)1.3521.553i(gcm )i(gcm )17234.3129957.5717419.5430191.03e1.06%0.77%下盤質(zhì)量13.50 13.53 13.54 13.48 13.57=358.5圓環(huán)質(zhì)量15.56 15.51 15.57 15.53 15.49=385.5七、 思考題:1、 調(diào)節(jié)三線擺的水平時,是先調(diào)節(jié)上圓盤水平還是先調(diào)節(jié)下圓盤水平?答:先調(diào)節(jié)上圓盤水平2、三線擺的振幅
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