三线摆实验报告样稿.doc

文档介绍：课 题 用三线摆测物理转动惯量
教 学 目 1、了解三线摆原理，并会用它测定圆盘、圆围绕对称轴转动惯量；
2、学会秒表、游标卡尺等测量工具正确使用方法，掌握测周期方法；
3、加深对转动惯量概念了解。
重 难 点 1、了解三线摆测转动惯量原理；
2、掌握正确测三线摆振动周期方法。
教 学 方 法 讲授、讨论、试验演示相结合
学 时 3个课时
一、序言
转动惯量是刚体转动惯性量度，它大小和物体质量及其分布和转轴位置
相关对质量分布均匀、形状规则物体，经过简单外形尺寸和质量测量，就能够
测出其绕定轴转动惯量。但对质量分布不均匀、外形不规则物体，通常要用试验
方法来测定其转动惯量。
三线扭摆法是测量转动惯量优点是：仪器简单，操作方便、精度较高。
二、试验仪器
三线摆仪，游标卡尺，钢直尺，秒表，水准仪
三、试验原理
1、原理简述：将三线摆绕其中心竖直轴扭转一个小小角度，在悬线张力作用
下，圆盘在一确定平衡位置左右往复扭动，圆盘振动周期和其转动惯量相关。悬
挂物体转动惯量不一样，测出转动周期就不一样。测出和圆盘振动周期及其它相关
量，就能经过转动惯量计算公式算出物体转动惯量。
2、转动惯量试验公式推导
图，将盘转动一个小角，其位置升高为，增加势能为；当盘反向转回平衡
位置时，势能，此时，角速度最大，圆盘含有转动动能：
则依据机械能守恒有：
（1）
上式中为圆盘质量，为盘过平衡位置时瞬时角速度，为盘绕中心轴
转动惯量。
当圆盘扭转角位移很小时，视圆盘运动为简谐振动，角位移和时间关系为：
(2)
经过平衡位置时最大角速度为
将代入（１）式整理后得
式中是下盘角位移最大时重心上升高度。
由图可见，下盘在最大角位移时，上盘点投影点由点变为点，即
，而
考虑到，
所以
因为很小，用近似公式，有
将代入式，即得到圆盘绕轴转动试验公式
设待测圆环对轴转动惯量为。圆盘上放置质量为圆环后，测出系统转
动周期，则盘、环总转动惯量为
上式减去式，便得到待测圆环转动惯量试验公式
四、试验内容及步骤
1、调整三线摆立柱脚底螺钉，观察重锤，从立柱两侧观察锤线应和立柱平行，此时
立柱已铅直。
2、置水准器于下圆盘中心，调整三悬线长度，使圆盘水平。
3、轻轻开启上盘，使动盘在悬线扭力作用下作扭转运动，并使某一根悬线已小镜
中心线为平衡位置扭动。
4、待动盘扭动稳定，夹角约5度（相当于盘上一点直线运动距离约8mm），在悬线
经过平衡位置瞬间按下秒表。然后悬线以相同方向每经过平衡位置一次，数一个周
期，数到50个周期时按停秒表，记下摆动50个周期时间，反复5次。
5、用钢尺从五个不一样位置测量定动盘之间间距五次。
6、圆环置于圆盘正中，反复步骤3、4、5。
7、用游标卡尺从不一样方向测