物理设计性实验报告.doc

物理设计性实验报告姓名: 学号:专 业:班级: 2011年9月18 日三线摆验证转动惯量的平行轴定理一实验目的验证转动惯量的平行轴定理二实验仪器三线摆试验仪,气泡水平仪,游标卡尺,钢尺,电子秒表或机械秒表,试件(铁圆环),电子天平三实验原理下图是三线摆实验装置的示意图。上、下圆盘均处于水平,悬挂在横梁上。三个对称分布的等长悬线将两圆盘相连。上圆盘固定,下圆盘可绕中心轴OO′作扭摆运动。当下盘转动角度很小,且略去空气阻力时,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导出物体绕中心轴OO′的转动惯量。具体的推导如下:当下盘扭转振动,其转角很小时,其扭动是一个简谐振动,其运动方程为:              (1)当摆离开平衡位置最远时,其重心升高h,根据机械能守恒定律有:                   (2)即                    (3)而               (4)(5)将(5)式代入(2)式得      (6)从图的几何关系中可得简化得     略去,且取,则有      代入(6)式得          下圆盘对于OO′轴的转动惯量计算式为:(7)式中各物理量的意义如下: 为下盘的质量;r、R分别为上下悬点离各自圆盘中心的距离;为平衡时上下盘间的垂直距离;为下盘作简谐运动的周期,g为重力加速度,(取g=)。理论分析证明,若刚体绕某轴的转动惯量为,当转轴平行移动距离为d时,则它绕新轴的转动惯量为,这就是平行轴定理。我们可以用实验验证这一定理。将两个质量均为且形状完全相同的圆柱体,对称的放在下圆盘上,离圆盘中心的距离为d。按上法可测得两圆柱体绕圆盘中心轴的转动惯量为将上式所得与理论上所按平行轴定理所得的进行比较。上式中,为圆柱体的直径;为圆柱体绕通过其自身中心轴线的转动惯量。四实验内容●仪器的调整利用铅垂线和气泡水平仪,调节支架底座螺旋和三悬线的长度,使支架铅垂线上下水平●用累计放大法测量各刚体扭转摆动周期(1)水平扭动上圆盘使下圆盘摆动,摆角在左右,并尽可能消除扭转摆动之外的振动,用秒表测定50个完全振动所需要的时间t,可得周期T=t/(2)将质量相同,形状相同的两圆柱体对称的置于下