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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, 为角加速度. 刚体所受外力距为绳子给予的力矩Tr和摩擦力M, 其中T为绳子张力,
2、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M, 则有:.(7)1. M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M不变, 则有:.(8)其中, .2. 不能忽略, 根据, 保持h, m以及m0的位置不变, 改变r, 测出相应的下落时间t,并保持M不变, 则有:.(9)其中, .【实验步骤】1. 调节实验装置(略)2. 选, 将
3、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 5.0021.1721.2021.6921.352.19310.0011.9011.9111.6511.827.15815.009.099.058.939.0212.28220.007.577.677.4
4、97.5817.42025.006.716.636.696.6822.43330.006.196.276.196.2225.87535.005.535.685.495.5732.271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:2. 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/s10001.022.1321.8221.9821.982.0711.513.9513.9913.9213.953.4242.09.869.779.919.855.1572.57.867.847.837.846.5023.06.466.546.47
5、6.497.914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) M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.1实验报告b
