教学基本要求.ppt

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1、物理实物理实验中心验中心扭摆法测定物体扭摆法测定物体扭摆法测定物体扭摆法测定物体转动惯量转动惯量转动惯量转动惯量物理实物理实验中心验中心n一、实验目的一、实验目的n二、实验原理二、实验原理n三、实验仪器三、实验仪器n四、实验内容及要求四、实验内容及要求n五、五、实验实验步骤步骤n六、数据记录与处理六、数据记录与处理n七、注意事项七、注意事项物理实物理实验中心验中心实实实实 验验验验 目目目目 的的的的1.1.了熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测了熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测试仪的使用；试仪的使用；2.2.用扭摆测定弹簧的扭转常数和几种不同形状用扭摆测定弹簧的扭转常数和几种不同形状物体

2、的转动惯量物体的转动惯量,并与理论值进行比较。并与理论值进行比较。物理实物理实验中心验中心实实实实 验验验验 原原原原 理理理理1.1.扭摆扭摆（1 1）待测物体在垂直轴上方；）待测物体在垂直轴上方；（2 2）螺旋弹簧产生恢复力矩；）螺旋弹簧产生恢复力矩；（3 3）水平仪调整系统平衡。）水平仪调整系统平衡。物理实物理实验中心验中心扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。成正比，且方向相反。物理实物理实验中心验中心只只要要实实验验测测得得物物体体扭扭摆摆的的摆摆动动周周期期T T，并并且且转转动动惯惯量量I I和和K K 中

3、任何一个量已知时即可计算出另一个量。中任何一个量已知时即可计算出另一个量。物理实物理实验中心验中心2 2弹簧的扭转系数弹簧的扭转系数K的测量的测量一个几何形状规则的物体（塑料圆柱体）的转动惯量可以一个几何形状规则的物体（塑料圆柱体）的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式计算得到，再由实验根据它的质量和几何尺寸用理论公式计算得到，再由实验数据算出本仪器弹簧的值。数据算出本仪器弹簧的值。物理实物理实验中心验中心3 3任意物体的转动惯量测量任意物体的转动惯量测量根据根据2 2，载物盘的转动惯量为，载物盘的转动惯量为待测物体的转动惯量为待测物体的转动惯量为测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测

4、物体安放在本测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，即可算出该物仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。体绕转动轴的转动惯量。物理实物理实验中心验中心4 4转动惯量的平行轴定理转动惯量的平行轴定理 理论分析证明，若质理论分析证明，若质量为量为m的物体绕通过质心轴的物体绕通过质心轴的转动惯量为的转动惯量为Ic时，当转轴时，当转轴平行移动距离平行移动距离x时，则此物时，则此物体对新轴线的转动惯量变体对新轴线的转动惯量变为为（6 6）物理实物理实验中心验中心实实实实 验验验验 仪仪仪仪 器器器器转动惯量测试仪（计时精度转

5、动惯量测试仪（计时精度0.0010.001）；）；扭摆；待测物体（实扭摆；待测物体（实心塑料圆柱体、空心金属圆筒、细金属杆和两个金属及支架心塑料圆柱体、空心金属圆筒、细金属杆和两个金属及支架等）；天平；游标卡尺。等）；天平；游标卡尺。物理实物理实验中心验中心实实实实 验验验验 内内内内 容容容容 与与与与 要要要要 求求求求1 1.熟悉扭摆的构造及使用方法，以及转熟悉扭摆的构造及使用方法，以及转动惯量测试仪的使用方法。动惯量测试仪的使用方法。2 2.测定扭摆的弹簧的扭转系数，测定扭摆的弹簧的扭转系数，写出：写出：3 3.测定塑料圆柱、金属圆筒等的转动惯测定塑料圆柱、金属圆筒等的转动惯 量，并与

6、理论值比较，求相对误差。量，并与理论值比较，求相对误差。4 4.利用金属细杆和滑块，验证转动惯量利用金属细杆和滑块，验证转动惯量 平行轴定理。平行轴定理。物理实物理实验中心验中心实实 验验 步步 骤骤1 1测定弹簧的扭转系数及各种物体的测定弹簧的扭转系数及各种物体的转动惯转动惯 量量（1 1）用游标卡尺分别测定各物体）用游标卡尺分别测定各物体的外形尺寸的外形尺寸 （各量重复测量三次），用天平各量重复测量三次），用天平测出相测出相 应应质量。质量。（2 2）调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪）调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪的气的气 泡泡位于中心。位于中心。（3 3）将金属载物盘卡紧在扭摆垂直轴上）将

7、金属载物盘卡紧在扭摆垂直轴上，并，并 调整调整主轴上磁柱位置，使之静止主轴上磁柱位置，使之静止时正时正 物理实物理实验中心验中心 对霍尔传感器，此时霍尔传感器信号指对霍尔传感器，此时霍尔传感器信号指 示灯亮。测出摆动周期。示灯亮。测出摆动周期。（4 4）将塑料圆柱体垂直放在载物盘上，测出）将塑料圆柱体垂直放在载物盘上，测出 摆动周期。摆动周期。（5 5）用金属圆筒代替塑料圆柱体，测出摆动）用金属圆筒代替塑料圆柱体，测出摆动 周期。周期。物理实物理实验中心验中心2 2验证平行轴定理验证平行轴定理（1 1）取下载物盘，将金属细杆及夹具卡）取下载物盘，将金属细杆及夹具卡紧在紧在 扭摆扭摆垂直轴上（金

8、属细杆中心垂直轴上（金属细杆中心必须与转必须与转 轴轴重合），测重合），测定周定周期（填入期（填入表一表一）。）。（2 2）将将滑滑块块对对称称放放置置在在细细杆杆两两边边的的凹凹槽槽 内内，此此时时滑滑块块 质质心心离离转转 轴轴 距距 离离 分分 别别 为为 5 5.0 00 0，1 10 0.0 00 0，1 15 5.0 00 0，2 20 0.0 00 0，2 25 5.0 00 0c cm m，测测定定 摆摆动动周周期期。此此时时 由由于于周周期期较较长长，可可 将将 摆摆 动动次数减少。次数减少。物理实物理实验中心验中心 （3 3）如果实验测得的转动惯量值与由理）如果实验测得的转

9、动惯量值与由理论公论公 式式计算的转动惯量值比较时的相对计算的转动惯量值比较时的相对误差误差 在在测量误差允许的范围内，则平行测量误差允许的范围内，则平行轴定轴定 理理得到验证。得到验证。物理实物理实验中心验中心数数数数 据据据据 记记记记 录录录录 与与与与 处处处处 理理理理1 1测定弹簧的扭转系数及各种物体的转动惯量测定弹簧的扭转系数及各种物体的转动惯量物理实物理实验中心验中心2 2验证平行轴定理验证平行轴定理物理实物理实验中心验中心注注 意意 事事 项项（1 1）弹簧的扭转常数值不是固定常数，它与摆动）弹簧的扭转常数值不是固定常数，它与摆动 角度略有关系，摆角在角度略有关系，摆角在120120 左右基本相同，在左右基本相同，在 小角度时变小。小角度时变小。（2 2）为降低实验时由于摆动角度变化过大带来的系）为降低实验时由于摆动角度变化过大带来的系 统误差，在测定各种物体的摆动周期时，摆角统误差，在测定各种物体的摆动周期时，摆角 不宜过小，摆幅也不宜变化过大。不宜过小，摆幅也不宜变化过大。（3 3）机座应保持水平状态。）机座应保持水平状态。（4 4）在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆）在安装待测物体时，其支架必须全部套入扭摆 主轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常主轴，并将止动螺丝旋紧，否则扭摆不能正常 工作。工作。