三线摆实验的报告

用课题三线式测量物理转动惯量教学目的1、了解三线制原理，测量圆盘、圆绕对称轴的转动惯量2 .学习秒表、游标卡尺等测量工具的正确使用方法，掌握测量周期的方法3 .加深对转动惯量概念的理解。重难点1，了解三线式转动惯量测量的原理2 .掌握准确测量三线摆振动周期的方法。结合教学方法的讲解、讨论和实验演示学时三点一、前言转动惯量是刚体的旋转惯量的比例，它的大小、物体的质量及其分布和旋转轴的位置对质量分布均匀、形状规则的物体，只需简单的外形尺寸和质量的测定即可测量绕其轴的转动惯量。 但是，对于质量分布不均匀、形状不规则的物体，通常必须采用实验的方法测量转动惯量。三线扭转法具有测量转动惯量的优点，仪表简单，操作方便，精度高。二、实验仪器三线摆，游标卡尺，钢尺，秒表，水平仪三、实验原理1、原理简单：将三线绕其中心垂直轴稍微扭转角度，作用于线的张力以下，圆盘将决定的平衡位置左右扭转，圆盘的振动周期与转动惯量有关。 漂浮在空中挂物的转动惯量不同，测量的旋转周期也不同。 与盘的振动周期等有关量可以根据惯性矩的计算式计算出物体的惯性矩。2 .转动惯量实验公式的推导如图所示，以小角度旋转光盘，提高其位置，使增加的势能返回光盘后平衡位置时，位能，此时角速度最大，圆盘具有旋转动能是根据机械能保存的(1)上式是圆盘的质量，是圆盘通过平衡位置时的瞬时角速度，绕中心轴转动惯量。当圆盘扭曲的角位移小时，圆盘运动作为简单共振运动，角位移与时间的关系如下(2)通过平衡位置时最大角速度代入(1)式进行整理的式中，是下皿角位移最大时重心上升的高度。由图可知，下盘位移最大角时，上盘的投影点从点变为点，即然后呢想想看所以呢因为很小，所以用近似式代入公式，得到圆盘绕轴旋转的实验公式以测量圆环轴的转动惯量为。 在磁盘上放置质量圆环后，测量系统的旋转在动周期中，盘、环整体的转动惯量为从上式中减去公式，可得到要测量的圆环转动惯量的实验公式四、实验内容和程序1、调节三线柱脚底螺钉，观察重锤，从柱的两侧观察重锤线，与柱平行。 在这种情况下柱子垂直了。2、把水平仪放在下圆盘的中心，调节三垂线的长度，使圆盘水平。3、轻轻启动上盘，通过悬架的扭力使盘扭转运动，某个悬架已经镜像化的中心线扭曲到平衡的位置。4、盘子扭转稳定，角度约5度(相当于盘子上一点的直线运动距离约8mm )，在悬垂线上在通过平衡位置的瞬间按秒表。 而且，吊线每向相同方向通过平衡位置数周期间，数到50个循环后按秒表，记录每隔50个循环的时间，重复5次。5 .用尺从5个不同的位置测量平台之间的间隔5次。6、将圆环放在圆盘中间，重复步骤3、4、5。7 .使用游标卡尺，从不同的方向测量圆环内的外径5次(用于计算圆环转动惯量的理论值)。8 .用游标卡尺从不同方向测量盘径5次(用于计算盘转动惯量的理论值)9 .用游标卡尺分别定量，各测量5次碟形吊孔间距(根据该组数据间接定量，求出碟形穿孔)。悬点圆的半径和。10、分别记录圆盘、圆环的规定质量。五、数据表及数据处理总摆动次数50 (圆盘)50 (圆盘和圆环)测量次数123451234581.6081.6081.7081.7081.9079.5579.6079.5079.7079.501.6321.6321.6341.6341.6381.5911.5921.5901.5941.590平均值()圆盘、圆环的旋转周期、盘旋转周期a类不确定度分量：b类不确定度(秒表的最小分压值)合成的不确定度如下所示测定结果可以说同样的话测量次数12345平均值上下盘子的间隔478.2478.0478.8478.5478.0上沉孔间距53.4053.2853.4053.2653.32下沉孔间距139.54139.70139.22139.14139.28上、下盘的间距和孔的间距，、三量a类的不确定度成分分别为、的b类不确定成分用钢尺测量： ()、用游标卡尺测量：获取磁盘的质量(指定)测定结果圆盘的直径和圆环内、外径、测量次数12345平均半径圆盘直径167.80167.78167.78167.78167.80167.79圆环外径136.70136.68136.74136.72136.72136.716圆环内径70.2070.2270.2070.1670.2070.20圆盘质量圆环质量圆盘，计算圆环惯性矩的理论值，计算圆盘、圆环转动惯量的实验值，盘转动惯量的不确定度：实验结果测量值与理论值的误差率：圆盘：圆环：六、注意事项1 .提醒学生不要让机械秒表掉在地上。2、使用游标卡尺时，请注意主尺的读取刻度和光标的“0”刻度相符光标的边缘不对。3、测量周期是本实验中最大的误差源，要注意提高测量精度。4、起动三线摆时晃动会导致较大误差，起动时要注意起动方法： a、仪器要在静止状态下开始： b :轻轻扭动上盘约5度，立即恢复原状： c :开始即可连续5次旋转50个循环，无需重新启动。5、阅读时，必须注意仪器的最小分度值，根据最小分度再次阅读估计数字。七、教学后记1 .本实验中使用的测量工具很多，所以必须注意测量工具的使