延安大学：《大学物理》课程教学资源（实验预习资料）实验二 三线摆法测定物体的转动惯量

实验二三线摆法测定物体的转动惯量 实验仪器 三线摆实验全部仪器 待测圆环和游标卡尺 水准仪 电子秒表

实验二 三线摆法测定物体的转动惯量 一、实验仪器： 三线摆实验全部仪器

实验原理及内容: 1.将质量为m的待测物体放在下盘上,并使待测刚体的转轴与OO′轴重合。测出此 时摆运动周期T和上下圆盘间的垂直距离H。同理可求得待测刚体和下圆盘对中心转轴 OO轴的总转动惯量为: l1 (mo +m)gR 如不计因重量变化而引起悬线伸长,则有H≈H。那么,待测物体绕中心轴的转 动惯量为 =1-lo 4丌2H m+m)72-mx7 因此,通过长度、质量和时间的测量,便可求出刚体绕某轴的转动惯量。 将质量均为m,形状和质量分布完全相同的两个圆柱体对称地放置在下圆盘上(下 盘有对称的两个小孔)。按同样的方法,测出两小圆柱体和下盘绕中心轴OO的转动周期 T,则可求出每个柱体对中心转轴OO的转动惯量 n)gRr 如果测出小圆柱中心与下圆盘中心之间的距离x以及小圆柱体的半径R,,则由平行轴 定理可求得 / =',2,I m'r2 比较Ⅰ与Ⅰ的大小,可验证平行轴定理 、思考题: 1、转动惯量是刚体什么性质的量度?它与哪些因素有关? 2、在测量空盘(未放圆环)转动惯量时,H是什么物理量?如何测量? 3、简述如何调节仪器? 4、如何测量下园盘的转动惯量?(包括如何启动和各个物理量的测量次数) 、测量下圆盘运动的周期时,应在什么位置计时?为什么要这样作? 6、测量圆环转动惯量时,对圆环放置有何要求?你怎么做才能达到该要求? 7、如何验证平行轴定理?一般情况下,相对误差小于多少该实验才算成功? 8、实验中应选用什么仪器来测量H、R、r的值?选择测量仪器的原则是什么? 9、如果测量的空盘的周期大于空盘和圆环的周期,是否测量有误?为什么?

二、实验原理及内容： 1.将质量为 m 的待测物体放在下盘上，并使待测刚体的转轴与 OO 轴重合。测出此 时摆运动周期 T1 和上下圆盘间的垂直距离 H 。同理可求得待测刚体和下圆盘对中心转轴 OO 轴的总转动惯量为： 2 2 1 0 1 4 ( ) T H m m gRr I  + = 如不计因重量变化而引起悬线伸长， 则有 H  H0 。那么，待测物体绕中心轴的转 动惯量为 [( ) ] 4 2 0 0 2 1 0 2 m m0 T1 m T H gRr I = I − I = + −  因此，通过长度、质量和时间的测量，便可求出刚体绕某轴的转动惯量。 2.将质量均为 m' ，形状和质量分布完全相同的两个圆柱体对称地放置在下圆盘上（下 盘有对称的两个小孔）。按同样的方法，测出两小圆柱体和下盘绕中心轴 OO 的转动周期 Tx ，则可求出每个柱体对中心转轴 OO 的转动惯量 0 2 2 0 4 ( 2 ') T I H m m gRr I x x − + =  如果测出小圆柱中心与下圆盘中心之间的距离 x 以及小圆柱体的半径 Rx ，则由平行轴 定理可求得 2 2 ' 2 1 ' ' x m Rx I = m x + 比较 x I 与 ' x I 的大小,可验证平行轴定理. 三、思考题： 1、转动惯量是刚体什么性质的量度？它与哪些因素有关？ 2、在测量空盘（未放圆环）转动惯量时，H0 是什么物理量？如何测量？ 3、简述如何调节仪器？ 4、如何测量下园盘的转动惯量？（包括如何启动和各个物理量的测量次数） 5、测量下圆盘运动的周期时，应在什么位置计时？为什么要这样作？ 6、测量圆环转动惯量时，对圆环放置有何要求？你怎么做才能达到该要求？ 7、如何验证平行轴定理？一般情况下，相对误差小于多少该实验才算成功？ 8、实验中应选用什么仪器来测量 H、R、r 的值？选择测量仪器的原则是什么？ 9、如果测量的空盘的周期大于空盘和圆环的周期，是否测量有误？为什么？

10、实验中所用的H、R、r的值是直接测量量还是间接测量量? l1、用转动惯量测试仪测量物体转动惯量时,先要测量什么? 12、转动惯量测试仪主要由那些部分组成?简述它们的作用? 13、转动惯量测试仪测量物体的转动惯量采用什么原理?简述所用到的公式? 14、简述转动惯量测试仪的操作流程? 15、在应用转动惯量测试仪时有什么注意事项?(最少要能完成4个内容) 16、在使用转动惯量测试仪时,每次应该使摆角在多少度左右?它与三线摆法有什么 不同?

10、实验中所用的 H、R、r 的值是直接测量量还是间接测量量？ 11、用转动惯量测试仪测量物体转动惯量时，先要测量什么？ 12、转动惯量测试仪主要由那些部分组成?简述它们的作用？ 13、转动惯量测试仪测量物体的转动惯量采用什么原理？简述所用到的公式？ 14、简述转动惯量测试仪的操作流程？ 15、在应用转动惯量测试仪时有什么注意事项？（最少要能完成 4 个内容） 16、在使用转动惯量测试仪时，每次应该使摆角在多少度左右？它与三线摆法有什么 不同？