文档介绍：曲阜师范大学实验报告
实验日期：
实验时间：8 30-12: 00
姓名：方小柒
学号:
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年级：19级
专业：化学类
实验题目：三线摆测刚体转动惯量
一、 实验目的：
学会用三线摆法测定物体转动惯量原理和方法。
学会时间、长度、质量等基本物理量的测量方法以及仪器的水平调节。
二、 实验仪器：
三线摆，待测物体（圆环和两个质量和形状相同圆柱），游标卡尺，米尺，
电子秒表，水平仪
三、 实验原理：
转动惯量是物体转动惯性的量度，物体对某轴的转动惯量越大，则绕该轴转 动时，角速度就越难改变。
三线摆装置如图所示，上下两盘调成水平后，两盘圆心在同一垂直线 O1O2
上。下盘可绕中心轴线 0102扭转，其扭转周期T和下盘的质量分布有关，当改 变下盘的质量分布时，其绕中心轴线 0102的扭转周期将发生变化。
三线摆就是通过测量它的扭转周期去求任意质量已知物体的转动惯量的。
三摆线示意图
当下盘转动角度 B很小，且略去空气阻力时，悬线伸长不计，扭摆的运动可近 似看作简谐运动。根据能量守恒定律和刚体转动定律均可以得出物体绕中心轴 00的转动惯量：
下盘：j°=
下盘+圆环:
J1 =
(mQ-m)gRr^2
4兀»
9 2 [(m(J + m)TlZ - m0r(?)
圆环：J= J 1- J 0=
，圆环与下盘
(条件：BW 5°,空气阻力不计，悬线伸长不计 中心重合)
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。
四、实验内容:
了解三线摆原理以及有关三线摆实验器材的知识。
用三线摆测量圆环的转动惯量，并验证平行轴定理
测定仪器常数H、R、r
恰当选择测量仪器和用具，减小测量不确定度。自拟实验步骤，确保三线摆上、 下圆盘的水平，是仪器达到最佳测量状态。
测量下圆盘的转动惯量
线摆上方的小圆盘，使其绕自身转动一个角度，借助线的张力使下圆盘作扭摆运 动，而避免产生左右晃动。 自己拟定测量下圆盘转动惯量的方法。
⑶ 测量圆环的转动惯量
盘上放上待测圆环，注意使圆环的质心恰好在转动轴上，测量圆环的质量和内、 外直径。利用公式求出圆环的转动惯量。
(4)验证平行轴定理
将质量和形状尺寸相同的两金属圆柱体对称地放在下圆盘上。 测量圆柱体质心到
中心转轴的距离。计算圆柱体的转动惯量。
五、实验步骤：
I、流程简述：
一、测三线摆空盘的转动惯量:
把圆环放在下盘中，注意使环的质心恰好在转动轴上，重复以上步骤，测出 载有圆环的转动周期，根据公式计算转动惯量。
用游标卡尺分别测出圆环的内、 外半径R内和R外，计算理论结果J理论=(R
内 + R 外｝m/2。
将实验值和理论值相比较，给出相对误差。
U、线上操作：
正式开始实验：
(1) 开始实验后，从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验台上。三线摆本身无 法删除。开始时实验仪器已经摆好在实验桌上。
I
将实验仪器栏，实验提示栏和实验内容栏展开，将鼠标移至仪器各部分均会 显示说明信息。双击其左上部系统菜单图标关闭仪器图片窗口， 在实验仪器列表 窗口双击其左上部系统菜单图标关闭之。
(2) 三线摆
双击桌面上三线摆小图标，弹出三线摆的操作窗体，包括三线摆振动系 统、两个圆柱体、圆环、水平仪等。
水平调节界面
将水平仪拖动到三线摆支架上方或下圆盘中，观察三线摆是否水平，如下
图:
可以通过三线摆支架下方两个调节旋钮调节支架上方水平，三线摆上圆盘 上方的六个旋钮调节下圆盘水平。当调节下圆盘的水平时，要先将水平调节开 关打开。
米尺测量上圆盘悬点之间的距离
双击桌面上的米尺后，出现米尺的操作主界面，如下图:
选择“上圆盘悬点之间的距离”，如下图所示:
可以通过点击米尺上的选择方向图标来旋转改变米尺的角度。记下各个悬 点之间的距离。同理，测量下圆盘悬点之间的距离。在测量下圆盘悬点之 间的距的视图中，有一个放大的区域，有利于清晰地读出刻度数，如下 图：
测量出各个悬点之间的距离，填入表中。再用米尺测量出上下圆盘之间的
距离，该步骤在米尺的主界面中完成，如下图:
可以拖动该图左边的白色矩形框，右边同步放大显示米尺和三线摆，也可 以拖动中间的米尺，改变其上下位置。
测量没有放置物品时三线摆的转动周期
双击桌面上的电子停表，将三线摆拖动一个小角度，松开后，记录三线摆 转动20个周期的时间。
游标卡尺测量圆环的内径
双击桌面上的游标卡尺，出现游标卡尺的主视图，如下图:
MIIM
怡 19
20