刚体转动惯量的测量物理实验教学中心
刚体转动惯量的测量 物理实验教学中心
实验背景转动惯量是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。转动惯量电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动惯量不同，可分别用于测量微小电流（检流计）或电量（冲击电流计）。在发动机叶片、飞轮、陀螺以及人造卫星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的
转动惯量是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分 布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程 技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。 转动惯量 电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动惯量不同，可分别用于测量微小电流 （检流计）或电量（冲击电流计）。在发动机叶片、飞轮、陀螺以及人造卫 星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的
实验目的①加深对刚体转动惯量及其物理意义的理解②掌握三线摆测转动惯量的原理和方法。③学习使用转动惯量实验仪测定刚体的转动惯量④熟练长度、质量和时间测量仪器的使用方法及仪器装置的水平调整技术
① 加深对刚体转动惯量及其物理意义的理解。 ② 掌握三线摆测转动惯量的原理和方法。 ③ 学习使用转动惯量实验仪测定刚体的转动惯量。 ④ 熟练长度、质量和时间测量仪器的使用方法及仪器装置的水平调整技 术
实验仪器三线摆仪、钢卷尺、游标卡尺、秒表、气泡水平仪、待测圆环
三线摆仪、钢卷尺、游标卡尺、秒表、气泡水平仪、待测圆环
实验原理BmogRrT.04元H工(m+m)gRrICiT2-10Oi不4元H1A0C三线摆原理
三线摆原理 0 2 0 0 2 4π m gRr I T H = 0 2 2 0 ( ) - 4π m m gRr I T I H + =
实验内容与步骤①调节上盘绕线螺丝使三根线等长（50cm左右）：调节底脚螺丝下盘处干水平状态（水平仪位于下圆盘中心）②等待三线摆仪静止后，用手轻轻扭转上盘5°左右随即退回原位，使下盘绕仪器中心轴作小角度扭转摆动（不应伴有晃动）。用秒表测出50次完全振动的时间to，重复测量5次求平均值to，计算出下盘空载时的振动周期T。。③将待测圆环放在下盘上，使它们的中心轴重合。再用秒表测出50次完全振动的时间t，重复测量5次求平均值，算出此时的振动周期T。④测出圆环质量m）、内外直径Cd、D及仪器有关参量（m、Rr和H等）。因下盘对称悬挂，使三悬点正好连成一个等边三角形。若测得两悬点间的距离为L，则圆盘的有效半径R（圆心到悬点的距离）等于L。同理，上盘的有效半径r也可测得5将实验数据填入表2.6。先由式（2.8）推出1的相对不确定度公式算出工.的相对不确定度、绝对不确定度，并写出Z的测量结果。再算出圆环对中心轴的转动惯量并与理论值比较，计算出绝对不确定度、相对不确定度，写出的测量结果。6
① 调节上盘绕线螺丝使三根线等长（50cm左右）；调节底脚螺丝，使上 下盘处于水平状态（水平仪位于下圆盘中心）。 ② 等待三线摆仪静止后，用手轻轻扭转上盘5°左右随即退回原位，使 下盘绕仪器中心轴作小角度扭转摆动（不应伴有晃动）。用秒表测出50 次完全振动的时间t0，重复测量5次求平均值t0，计算出下盘空载时的振 动周期T0。 ③ 将待测圆环放在下盘上，使它们的中心轴重合。再用秒表测出50次完 全振动的时间t，重复测量5次求平均值，算出此时的振动周期T。 ④ 测出圆环质量（m）、内外直径（d、D）及仪器有关参量（m0、R、r 和H等）。因下盘对称悬挂，使三悬点正好连成一个等边三角形。若测得 两悬点间的距离为L，则圆盘的有效半径R（圆心到悬点的距离）等于L/ 。同理，上盘的有效半径r也可测得。 ⑤ 将实验数据填入表2.6。先由式（2.8）推出I0的相对不确定度公式， 算出I0的相对不确定度、绝对不确定度，并写出I0的测量结果。再算出圆 环对中心轴的转动惯量I并与理论值比较，计算出绝对不确定度、相对不 确定度，写出I的测量结果。 6
注意事项①转动三线摆仪上盘时角度应小于5°，且不可使圆盘晃动。②连续测量摆动50次所需时间共5次，每次之值相差应小于1s③放置圆环时，应使环心与下盘中心复合
① 转动三线摆仪上盘时角度应小于5°，且不可使圆盘晃动。 ② 连续测量摆动50次所需时间共5次，每次之值相差应小于1s。 ③ 放置圆环时，应使环心与下盘中心复合
思考题①若被测物体质心不在00轴线上，将产生什么现象？实验中忽略了哪些次要影响因素？理由是什么？2③怎么判断刚体作匀减速或加速运动？
① 若被测物体质心不在OO'轴线上，将产生什么现象？ ② 实验中忽略了哪些次要影响因素？理由是什么？ ③ 怎么判断刚体作匀减速或加速运动？