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实验十 惯性秤.ppt

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实验十 惯性秤

实验十 惯性秤 目的 1.掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法; 2.了解仪器的定标和使用. 仪器和用具 惯性秤、周期测定仪、定标用标准质量块(共10块)、待测圆柱体. 上图是一惯性秤,其主要部分是两根弹性钢片连成的一个悬臂振动体A,振动体的一端是秤台B,秤台的槽中可插入定标用的标准质量块.A的另一端是平台C,通过固定螺栓D把A固定在E座上,旋松固定螺栓D,则整个悬臂可绕固定螺栓转动,E座可在立柱F上移动,挡光片G和光电门H是测周期用的.光电门和周期测试仪用导线相连.立柱顶上的吊杆I用以悬挂待测物,研究重力对秤的振动周期的影响. 原理 当惯性秤的悬臂在水平方向做微小振动时,由于在水平方向仅仅受到悬臂的弹性恢复力的作用,其振动周期T由下式决定: (1) 式中,m0为振动体空载时的等效质量,mi为秤台上插入的附加质量块的质量,k为悬臂振动体的劲度系数.将式(1)两侧平方,改写成 (2) 上式表明,惯性秤水平振动周期T的平方和附加质量mi成线性关系.当测出各已知附加质量mi所对应的周期值Ti,可作T2一m直线图(图16—2)或T—m曲线图(图16—3), 这就是该惯性秤的定标曲线,如需测量某物体的质量时,可将其置于惯性秤的秤台B上,测出周期Tj,就可从定标曲线上查出Tj对应的质量mj,即为被测物体的质量. 惯性秤称衡质量,是基于牛顿第二定律,是通过测量周期求得质量值;而天平称衡质量,是基于万有引力定律,是通过比较重力求得质量值.在失重状态下,无法用天平进行称衡质量,而惯性秤可照样使用,这是惯性秤的特点. 实验内容 1.仪器调整 (1)将惯性秤水平固定,然后用水准仪调整使秤台水平; (2)接好周期测定仪,并调节挡光片和光电门的位置,使秤台运动时,能来回遮光计时。 2.对惯性秤进行定标 (1)将惯性秤前端拨开约1cm,然后松开惯性秤,让其自由振动。将周期测定仪上的“周期选择”开关置于10个周期,测得空载时惯性秤振动10次的时间。计算出空秤的振动周期,重复4次,求其平均值T0; (2)将10个片状砝码依次插入平台内,重复上述测T0的方法,分别测出放入m1,m2,…m10砝码时的振动周期T1,T2,…T10,及对应质量m1,m1+m2,…;作定标线( 或T-m),或求出线性拟合式 的参数a,b值。 3. 测定圆柱体的惯性质量。 将片状砝码取下,再将两个待测圆柱体分别放入平台上的圆洞内,用同样的方法测周期,用内插法从定标曲线上求两圆柱体的惯性质量; 用天平分别测出两个被测物体的引力质量。加以比较 4.考查重力对惯性秤的影响 (1)水平放置惯性秤,待测物(圆柱体)通过长约50 cm的细线铅直悬挂在秤的圆孔中(图16—4).此时圆柱体的重量由吊线承担,当秤台振动时,带动圆柱体 一起振动,测其周期.将 此周期和前面测定值比较 一下,说明二者为何不同? (2)垂直放置惯性秤,使秤在铅直面内左右振动,插入标准质量块测周期.将其和惯性秤在水平方向的周期值进行比较,说明周期变小的原因. 5.研究惯性秤的线性测量范围 T2与m保持线性关系所对应的质量变化区域称为惯性秤的线性测量范围.由式(2)可知,只有在悬臂水平方向的劲度系数保持为常量时才成立,当惯性秤上所加质量太大时,悬臂将发生弯曲,k值也将有明显变化,T2与m的线性关系自然受到破坏. 按上述分析,检查所用惯性秤的T2与m的非线性误差限大于1%的范围. 数据处理 1.记录测量数据; 2.在直角坐标纸上做出曲线,即定标曲线。用内插的方法求出两个待测圆柱体的惯性质量,与用天平称量的引力质量相比较,分析测量结果。 回答问题 1.说明惯性秤称衡质量的特点 2.如何获得振动体空载时的等效质量? 3.能否设想出其他的测量惯性质量的方案? 4.根据式(1),分析惯性秤最高的质量分辨率,即 和哪些因素有关?根据所用周期测试仪的时间测量的分辨率,此惯性秤所能达到的质量测量分辨率为多少? * * *

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