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1、【实验名称】刚体转动实验【实验目的】1.测定刚体的转动惯量,用实验方法检验刚体的转动定理和平行轴定理;2.观测刚体的转动惯量随其质量,质量分布及转动轴线不同而改变的状况;3.用作图法和最小二乘法处理数据——曲线改直.【实验环境】刚体转动实验装置,停表(分度值:0.01s),砝码(5.00g),电子游标卡尺(量程:125mm),钢卷尺(量程:1m分度值:1mm).【实验原理与方法】根据刚体转动定律,当刚体绕固定轴转动时,有:.(1)其中M为刚体所受合力距,I为物体对该轴的转动惯量,β为角加速度.刚体所受外
2、力距为绳子给予的力矩Tr和摩擦力Mμ,其中T为绳子张力,与相垂直,r为塔轮的绕线半径.当略去滑轮及绳子质量并认为绳长不变时,m以匀加速度a下落.并有:.(2)其中g为重力加速度,砝码m由静止开始下落高度h所用时间t,则:.(3)又因为:.(4)由,有:.(5)在实验过程中保持,则有:.(6)若,略去Mμ,则有:.(7)1.Mμ不能忽略,根据,保持r,h以及m0的位置不变,改变m,测出相应的下落时间t,并保持Mμ不变,则有:.(8)其中,.1.不能忽略,根据,保持h,m以及m0的位置不变,改变r,测出相应
3、的下落时间t,并保持Mμ不变,则有:.(9)其中,.【实验步骤】1.调节实验装置(略)2.选,将m0放在位置,将m从一固定高度由静止开始下落,,改变m,每次增加5.00g砝码,到为止.用停表测t,三次取平均.3.将m0放在位置,维持,改变r,取r=1.00,1.50,2.00,2.50,3.00cm,用停表测t,三次取平均.【实验数据处理和误差分析】1.保持r,h以及m0的位置不变,改变m,考察和的关系m/gt1/st2/st3/s1000×5.0021.1721.2021.6921.352.19310
4、.0011.9011.9111.6511.827.15815.009.099.058.939.0212.28220.007.577.677.497.5817.42025.006.716.636.696.6822.43330.006.196.276.196.2225.87535.005.535.685.495.5732.271结果作图:使用最小二乘法处理数据,得到拟合直线的方程为:由公式,取:1.保持h,m以及m0的位置不变,改变r.考察和的关系r/cmt1/st2/st3/s1000×1.022.132
5、1.8221.9821.982.0711.513.9513.9913.9213.953.4242.09.869.779.919.855.1572.57.867.847.837.846.5023.06.466.546.476.497.914结果作图:使用最小二乘法处理数据,得到拟合直线的方程为:由公式,取:【思考题】1.总结本实验所要求满足的实验条件,说明它们在实验中是如何实现的.(1)公式中没有体现角度.方法是使OO’竖直,细线与转轴垂直.(2).使用较小质量的砝码,使a足够小.(同时增大了下落时间,方
6、便观测.)(3)略去滑轮和绳子的质量,略去滑轮轴上的摩擦力,认为绳子长度不变.绳子和滑轮质量尽量小,滑轮尽量光滑,绳子不要用弹性的.(4)定轴+转动.塔轮的松紧应适宜.太紧就不会动,太松就不是定轴转动了.(5)Mμ不变.线尽量密绕,螺丝在实验过程中不再调整.(6)I不变.注意调整两根细柱B和,它们在实验过程中有时会松开.
