高中物理奧林匹克競(jìng)賽復(fù)賽實(shí)驗(yàn)考核課件實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．測(cè)定圓盤(pán)和圓環(huán)繞對(duì)稱(chēng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2．驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量相對(duì)定軸的分布關(guān)系和平行軸定理。1/5/20251【實(shí)驗(yàn)裝置】實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量三線扭擺指針金屬環(huán)1/5/20252【實(shí)驗(yàn)原理】1．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與平行軸定理在剛體動(dòng)力學(xué)中，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度正比于合外力矩，即 ?一個(gè)剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于每個(gè)質(zhì)元離轉(zhuǎn)動(dòng)軸距離的平方與質(zhì)元的質(zhì)量乘積對(duì)整個(gè)體積的積分 由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸改變，剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之改變，因此我們要找到繞任意軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與過(guò)質(zhì)心平行于該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系，于是就得到了剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平行軸定理。實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1/5/20253【實(shí)驗(yàn)原理】2．三線扭擺三線扭擺，上下盤(pán)由三條等長(zhǎng)的懸線連接，其端點(diǎn)分別位于內(nèi)接上下盤(pán)圓周的兩個(gè)正三角形頂點(diǎn)上，兩盤(pán)垂直于中心軸?OO’?軸。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為將被測(cè)圓環(huán)放在下圓盤(pán)上，使兩圓心重合（圓盤(pán)上畫(huà)有定位線）。圓環(huán)與圓盤(pán)組成一個(gè)擺動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)圓環(huán)的質(zhì)量為，則系統(tǒng)的總質(zhì)量為m1+m0，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，擺動(dòng)周期為T(mén)1，則有

所以圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1/5/20254【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．把水平儀放在支架上，調(diào)節(jié)底腳螺絲使支架水平后，再把水平儀放在下懸盤(pán)上，調(diào)節(jié)三線的長(zhǎng)度使懸盤(pán)水平，用固定螺釘將三個(gè)調(diào)整旋鈕固定。2．記下懸盤(pán)的質(zhì)量m0，輕輕扭動(dòng)上圓盤(pán)（注意，為什么不扭動(dòng)下圓盤(pán)？），使其繞中心軸轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度（不超過(guò)多少度？）借助懸線的張力使擺作扭擺運(yùn)動(dòng)，通過(guò)指示標(biāo)志用電子秒表測(cè)出懸盤(pán)擺動(dòng)50個(gè)周期的時(shí)間，重復(fù)十次，求出懸盤(pán)的振動(dòng)周期.3．將鐵環(huán)置于圓盤(pán)上，使兩中心軸共軸，記下鐵環(huán)上的質(zhì)量m1，重復(fù)步驟2，求出懸盤(pán)與鐵環(huán)共同擺動(dòng)周期T1

.4．取下圓環(huán)，把兩個(gè)質(zhì)量、形狀均相同的圓柱體對(duì)稱(chēng)地放在懸盤(pán)上，記下圓柱體的質(zhì)量m2，測(cè)出兩圓柱中心與懸盤(pán)中心軸之間的距離，同步驟2，重復(fù)十次，求出圓柱體與懸盤(pán)共同擺動(dòng)周期Td

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實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1/5/20255【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】5．分別量出上圓盤(pán)和懸盤(pán)三點(diǎn)之距a和b，各取其平均值，算出懸點(diǎn)到中心的距離r和R（r和R分別是以a和b為邊長(zhǎng)的正三角形外接圓的半徑）.6．測(cè)出兩圓盤(pán)間的垂直距離H?，鐵環(huán)的內(nèi)直徑和外直徑2R1和2R2?，測(cè)出圓柱體直徑2rd

.7．將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圓環(huán)的理論值、圓柱體的平行軸定理計(jì)算的結(jié)果相比較，得到什么結(jié)論。實(shí)驗(yàn)五用三線扭擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1/5/20256【討論題】1．三線扭擺放上待測(cè)物體后，它的轉(zhuǎn)動(dòng)周期是否一定比空盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期大，為什么？2．測(cè)圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，把圓環(huán)放在懸盤(pán)的同心位置上。若轉(zhuǎn)軸放偏了，測(cè)出的結(jié)果是偏大還是偏小，為什么