普通物理实验设计性实验报告.doc

普通物理实验设计性实验报告实验题目 利用复摆求杆的撞击中心 班 级： 物理学 2011级（2）班 学 号： 2011433196 姓 名： 赵 得 芳 指导教师： 粟 琼 凯里学院物理与电子工程学院 2013 年6月前言复摆又称为物理摆，是一刚体绕固定的水平轴在重力的作用下作微小摆动的动力运动体系简谐振动。其中绕定轴转动的刚体受到外碰撞冲量作用后，轴承处会产生反碰撞冲量，会产生很大的影响，为了消除反碰撞冲量的影响，外碰撞冲量需作用于刚体的撞击中心，且垂直于转轴与质心的连线。寻找刚体绕定轴转动的撞击中心在实际应用中用处很多，本实验将通过复摆装置来研究不同的刚体的撞击中心的位置。一、 实验目的1. 掌握用复摆来测量刚体的撞击中心。2. 研究刚体质量的分布对其撞击中心位置的影响。二、 实验原理图14所示为一均质杆，当它位于水平位置时被无初速度的释放，运动到竖直位置时与A块相撞，受到外碰撞冲量A的作用时，轴与承轴出O同时发生碰撞。为不使轴和承轴产生碰撞冲量，则撞击中心应位于l=I/Ma处上式中l为转轴O到撞击中心的距离，I为杆对转轴的转动惯量，M为杆的质量，a为杆的质心到O的距离。设杆竖直的悬挂不动，在杆的侧面上的适当的高度上加一碰撞冲量S，来看转轴O处是否同时产生横向力而发生碰撞。如图(a)所示，由质心运动定理， ma/-ma=Ix+IOx 0=Iy+IOy所以， Iox=ma(/-)-Ix=(mal/J0-1)Ix即 IOy= -Iy当作用冲量垂直于O轴与质心C的连线OC时Iy=0,如其作用在K点的位置还满足 则，即外碰撞冲量并不引起支座的反碰撞冲量。K点即称为撞击中心。其中/为杆受碰撞后的角速度，为杆绕定轴转动的角速度，I为某瞬时受到的已知冲量，I0为碰撞过程中轴承O的反碰撞冲量。如图（b）三、 实验仪器 复摆，米尺四、 实验条件及仪器要求1. 实验中要求刀口和刀承的接触面积要小。2. 用槌敲击杆时，必须确保敲击方向是垂直于oc的连线方向。3. 复摆装置中的杆要求是质量分布均匀且形状是对称的五、 实验内容1. 把摆杆以刀口置于U形刀承上，用锤在左右侧面的不同高度敲击。当敲击点在K点以上时，因转动轴同时受到碰撞冲量S的作用，刀口将在刀承平面上向相同方向移动；若在K点一下时则刀口向相反的方向移动；若在K点，则刀口不动，则此为撞击中心K。2. 依次从上到下，改变杆的质心到O距离再做实验，求出不同情况下的撞击中心。六、 数据记录与处理1. 不加摆锤时K到O的距离。（O为转轴，杆质心到O的距离为57.0cm） 米尺 =1cm次数12 345K到O的距离（cm）29.530.029.029.030.0K到o的平均距离为： L=29.5cmua=0.50cm ub=0.58cm uc=0.77cmL=(29.50.77)cm2. 加摆锤时K到O的距离。 米尺 =1cm次数杆质心到O的距离 （cm）1234523.027.128.028.528.627.522.024.124.524.524.024.520.021.521.521.022.122.018.018.718.518.518.719.1K到O的平均距离依次为： L1=27.9cmua=0.45cm ub=0.58cm uc=0.73cm L1=(27.9 0.73)cm L2=24.3cm ua=0.49cm ub=0.58cmuc=0.75cm L2=(24.3 0.75)cm L3=21.6cm ua=0.41cm ub=0.58cmuc=0.71cm L3=(21.60.71)cmL4=18.6cmua=0.44cm ub=0.58cmuc=0.74cmL4=(18.60.74)cm七、 实验结论1. 通过该实验可知，杆的撞击中心到转轴的距离与杆的质心到转轴的距离要长。2. 杆的质心到转轴的距离越远，杆的撞击中心与质心的距离也越大。八、 误差分析1. 实验过程中要保持撞击杆的力要垂直于杆，否则会影响实验现象的观察。2. 刀口和刀承要有良好的接触，刀口要完全与刀承接触才能减少误差。3. 由于该实验是由人来控制施力的大小，所以每一次的施力大小会存在差别，会影响人对实验现象的判断。4. 每次撞击杆之前应都应该使杆静止后再撞击。九、 实验心得通过本次实验，加深了对设计性实验的了解，特别是对实验过程中的每一个步骤的设计及安排有了很大的掌握。本实验在原理及操作上看似很简单，实则不然，这是对本实验最深的一个感触，特别是在观察承轴处