三线摆测刚体转动惯量实验报告(带数据).pdf

三线摆测刚体转动惯量实验报告(带数据)--第1页

实验日期：2020.5.24实验时间：8：30-12：00

姓名：方小柒学号：**********

年级：19级专业：化学类

实验题目：三线摆测刚体转动惯量

一、实验目的：

1.学会用三线摆法测定物体转动惯量原理和方法。

2.学会时间、长度、质量等基本物理量的测量方法以及仪器的水平调节。

二、实验仪器：

三线摆，待测物体（圆环和两个质量和形状相同圆柱），游标卡尺，米尺，

电子秒表，水平仪

三、实验原理：

转动惯量是物体转动惯性的量度，物体对某轴的转动惯量越大，则绕该轴转

动时，角速度就越难改变。

三线摆装置如图所示，上下两盘调成水平后，两盘圆心在同一垂直线O1O2

上。下盘可绕中心轴线O1O2扭转，其扭转周期T和下盘的质量分布有关，当改

变下盘的质量分布时，其绕中心轴线O1O2的扭转周期将发生变化。

三线摆就是通过测量它的扭转周期去求任意质量已知物体的转动惯量的。

三摆线示意图

当下盘转动角度θ很小，且略去空气阻力时，悬线伸长不计，扭摆的运动可近

似看作简谐运动。根据能量守恒定律和刚体转动定律均可以得出物体绕中心轴

OO′的转动惯量：

下盘：J=

0

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圆环：J=

1

圆环：J=J-J=

10

(条件：θ≤5°，空气阻力不计，悬线伸长不计，圆环与下盘

中心重合）

因此，通过长度、质量和时间的测量，便可求出刚体绕某

轴的转动惯量。

四、实验内容：

1.了解三线摆原理以及有关三线摆实验器材的知识。

2.用三线摆测量圆环的转动惯量，并验证平行轴定理

(1)测定仪器常数H、R、r

恰当选择测量仪器和用具，减小测量不确定度。自拟实验步骤，确保三线摆上、

下圆盘的水平，是仪器达到最佳测量状态。

(2)测量下圆盘的转动惯量

线摆上方的小圆盘，使其绕自身转动一个角度，借助线的张力使下圆盘作扭摆运

动，而避免产生左右晃动。自己拟定测量下圆盘转动惯量的方法。

(3)测量圆环的转动惯量

盘上放上待测圆环，注意使圆环的质心恰好在转动轴上，测量圆环的质量和内、

外直径。利用公式求出圆环的转动惯量。

(4)验证平行轴定理

将质量和形状尺寸相同的两金属圆柱体对称地放在下圆盘上。测量圆柱体质心到

中心转轴的距离。计算圆柱体的转动惯量。

五、实验步骤：

1．调节仪器：使用水平仪，调整上盘和下盘使它们保持水平。

2．分别测出上盘、下盘的半径r,R，以及两盘之间的高度H。

3．启动振动和测量周期：用秒表测出10次全振动所需的时间，重复5次，计算

出平均周期。

4．利用测得周期，带入计算。

2

5．与圆盘的理论值比较，J=mR/2，求出相对误差。

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