三線擺設(shè)計實驗

探究擺長對物體轉(zhuǎn)動慣量的影響【實驗?zāi)康摹框炞C三線擺擺長為50厘米左右時測量物體的轉(zhuǎn)動慣量誤差最小【實驗原理】剛體轉(zhuǎn)動慣量是理論力學(xué)中一個基本物理量。轉(zhuǎn)動慣量是描述剛體轉(zhuǎn)動中慣性大小的物理量，它與剛體的質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸位置有關(guān)。正確測定物體的轉(zhuǎn)動慣量，在工程技術(shù)中有著十分重要的意義。其在工業(yè)制造及產(chǎn)品設(shè)計中有著重要意義。依照機械能守恒定律，如果扭角足夠小，懸盤的運動可以看成簡諧運動，結(jié)合有關(guān)幾何關(guān)系得如下公式：懸盤空載時繞中心軸作扭擺時得轉(zhuǎn)動慣量為：（1）其中是圓盤質(zhì)量；是重力加速度（）；、分別指上下圓盤中心的到各懸線點的距離；是上下圓盤之間的距離；是圓盤轉(zhuǎn)動周期。懸盤上放質(zhì)量為圓環(huán)，其質(zhì)心落在中心軸，懸盤和圓環(huán)對于中心軸共同的總轉(zhuǎn)動慣量為：（2）其中各量與(1)中相對應(yīng)。將式(2)變形可得質(zhì)量為圓環(huán)對中心軸的轉(zhuǎn)動慣量：【實驗儀器】杭州富陽精科儀器有限公司生產(chǎn)的FB210型三線擺轉(zhuǎn)動慣量實驗儀；其他儀器有米尺、游標卡尺、物理天平等。【實驗步驟】實驗采用三線擺測定圓環(huán)對通過其質(zhì)心切垂直于環(huán)面軸的轉(zhuǎn)動慣量。實驗步驟要點如下：調(diào)整三線擺裝置調(diào)整三線擺懸線的長度為40cm，利用上圓盤上的三個調(diào)節(jié)螺絲，使三懸線等長，并固定緊定螺釘。觀察下圓盤中心的水準器，并調(diào)節(jié)底板上三個調(diào)節(jié)螺釘，使下圓盤處于水平狀態(tài)。調(diào)整底板左上方的光電傳感接收裝置，使下圓盤邊上的擋光桿能自由往返通過光電門槽口。2、測量周期T0和T1(1)將光電傳感接收裝置與測試儀用專用導(dǎo)線連接，再設(shè)定計數(shù)次數(shù)，方法為按“置數(shù)”鍵后，再按“下調(diào)”或“上調(diào)”鍵調(diào)至所需的次數(shù)，再按“置數(shù)”鍵確定。下圓盤處于靜止狀態(tài)，撥動上圓盤的“轉(zhuǎn)動手柄”，將上圓盤轉(zhuǎn)過一個小角度（5度左右），帶動圓盤繞中心軸作微小扭擺運動。擺動數(shù)次后，按測試儀上的“執(zhí)行”鍵，光電門開始計數(shù)（同時狀態(tài)顯示燈閃爍）。到給定的次數(shù)后，狀態(tài)顯示燈停止閃爍，此時測試儀顯示的計數(shù)為總的時間t0，從而得到擺動周期T0=t0/擺動次數(shù)。如此測5次，取平均值。進行下一次測量時，測試儀先按“返回”鍵。將圓環(huán)放在下圓盤上，使兩者的中心軸線相重疊，測定擺動周期T1調(diào)整三線擺懸線的長度為45cm、50cm、55cm、60cm，重復(fù)上述1、2步驟。測出上下圓盤三懸點之間的距離a和b，然后再算出懸點到中心的距離r和R（等邊三角形外接圓半徑）。用米尺測出上下兩圓盤之間的垂直距離H0，用物理天平稱出圓環(huán)的質(zhì)量m5、記錄各測量數(shù)據(jù)。【數(shù)據(jù)處理】1．實驗數(shù)據(jù)記錄±cm，±cmH0=±cm，下盤質(zhì)量m0=±g待測圓環(huán)質(zhì)量m=±g累積法測周期數(shù)據(jù)記錄參考表擺50次所需時間擺長（cm）（s）12345平均時間平均周期48未放待測圓環(huán)T01=s放待測圓環(huán)T11=±s49未放待測圓環(huán)T02=s放待測圓環(huán)T12=±s50未放待測圓環(huán)T03=s放待測圓環(huán)T13=±s51未放待測圓環(huán)T04=s放待測圓環(huán)T14=±s52未放待測圓環(huán)T05=s放待測圓環(huán)T15=±