刚体转动惯量的测量_评分标准.doc

用刚体转动惯量仪测定刚体转动惯量”评分标准第一部分：预习报告（20分）一. 实验目的1 •掌握使用转动惯量仪检验刚体的刚体转动定律2•学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩3•学会一种处理实验数据的方法—作图法（曲线改直法） 二. 实验仪器刚体转动惯量仪、通用电脑毫秒计、水准仪、 游标尺、 砝码等三. 实验原理1. 转动定律2 .单角度设置法（W0），测量刚体的转动惯量和摩擦力矩，曲线改直法应用;*3 •双角度设置法，测量刚体的转动惯量和摩擦力矩；*4 .验证平行轴定理四. 实验内容及步骤1. 单角度设置法（Wo =0），测量刚体的转动惯量和摩擦力矩；2•双角度设置法，测量刚体的转动惯量和摩擦力矩第二部分：数据采集与实验操作（40分）有较好的动手能力， 能够很好解决实验过程中出现的问题， 数据采集记录完整准确， 操作过程无误（35-40分）;有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题 ，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）;动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有违规操作（0-20分）操作要点：1 .拉线要与绕线塔轮水平，且相切2. 单角度设置法中要确保初角速度为零，即 W0 =0 ;第三部分：数据记录与数据处理（30分）数据处理要求：1.原始数据需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；2•测量塔轮半径r，刚体圆盘质量 M盘，刚体圆盘直径 R盘；设置系统转动角度 二；3 •使用作图法（曲线改直）处理单角度设置法的数据：1） 作图时要有清楚标注，如空载图还是载荷图，坐标轴是否有标注，数据是否齐全，比例 是否合适等；2） 由图可得，空载时的截距 Co和斜率K。

载荷时的截距C和斜率K ；3） 计算空载时系统的 Jo，载荷时系统的J，得到刚体圆盘转动惯量 Jx ；4） 计算刚体圆盘理论值 Jx理，并与上述实验值作比较；5） 计算系统空载和载荷时的摩擦力矩 M .0、M山并作比较4 •根据公式处理双角度设置法的数据：1） 根据公式，计算系统空载时 飞、,'，以及载荷时的1、「；1为有恒外力矩（绕线上挂有固定质量砝码）时的角加速度，丁为无外力矩（绕线上没有挂砝码）时的角加速度；2） 根据公式，计算空载时系统的 J载荷时系统的J，得到刚体圆盘转动惯量 Jx ；3） 计算刚体圆盘理论值 Jx理，并与上述实验值作比较；4） 计算系统相应的摩擦力矩 M II测量结果参考值：1 •基本数据测量：铝质圆盘直径：D盘=（240.00 士 0.05） mm砝码质量：（5.00 _ 0.05） g圆盘质量：M盘=482g2 •单角度设置法数据记录与处理：1）空载数据记录：v - (N -1)2專=10二(取N =6) , r = 3.000cm , M盘二0m(g)t(s)t-2t1 t204.9794.9994.9894.98924.89010.0402254.4654.4324.4684.45519.84700.0504304.0493.9983.9984.01516.12020.0620353.6943.6593.6863.68013.54240.0738403.3893.3933.4083.39711.53960.0867453.2223.2083.2183.21610.34260.0967503.0433.0073.0533.0349.20510.1086552.8362.8772.8932.8659.2082一2）载荷数据记录:v - (N -1)2禦=10二(取N =6) r = 3.000cm M =428gm(g)t(s)t_2t1 t207.9377.9897.9057.94463.10180.0158257.0077.0287.0037.01349.17750.0203306.3656.3456.3966.36940.55990.0246355.8735.8665.8915.87734.53520.0290405.4815.4585.4795.47329.95000.0334455.1515.1565.1575.15526.57060.0376504.8734.8924.8894.88523.85990.0419555.6854.6674.6314.66121.72490.04603）.作图法数据处理：m -右曲线（直线图）（略）由图可知，空载时：Mg 丄C0 - =2.50g= M .0 =7.35 10 (N m)gr2^0 ,2K。

- =0.437二 J2.089 10 (kg m )gr由图可知，载荷时：C = M 2.50g 二 M 厂 7.35 10^(N m) grJ ,2K 1.13二 J =5.40 10 (kg m2)gr计算可得：Jx =J - Jo =3.31 10 (kg m2)1 2 1 1 2 3 2Jx理 MR2 0.482 (— 0.24000)^3.47 10 (kg m2)2 2 2Ej = Jx -Jx理 “00% =4.6% J x理* 3 •双角度设置法数据记录与处理(略)* 4 .验证平行轴定理(略)第四部分：思考题 (10分)1. 实验中产生误差的主要因素有哪些？a. Wo =0，即厲=0产生的误差对实验结果影响很大b. 拉线不水平(塔轮与定滑轮之间的拉线) ，定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直c. 实验中拉线的张力 T,应是T =m(g - a)，忽略了 ad. 绕线的粗细、质量2. 本实验中拉线的张力 T,应是T =m(g - a)，忽略了砝码的加速度 a,这将会使转动惯 量的测量结果偏大还是偏小？为什么？由转动定律：Tr-M二工Jim(g -a)r「M-J 1m(g _a)r _M jJ 二/ mgr—Mu当忽略了 a.时，J > J .所以偏大。

3. 在本实验中，如果塔轮和定滑轮之间的拉线不呈水平状态，定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直，这将会使转动惯量的测量结果偏大还是偏小？为什么？偏大简要解释为：由于不水平，不垂直，导致分力作用在塔轮上， Trcosr，而我们并没有考虑cos二所以偏大4. 若所求出的摩擦力矩 M .1为负值，试分析产生的原因，并作出合理的推断，若有兴趣请 设计出实验方案加以验证2 2 -mgr -忖，当峠比实际大出的量不可忽略时,可得出M」<0的结果由于实验设计的简化，如没有考虑绕线的粗细和弹性，且绕线并非每次都是水平缠绕而形成圆形(也可能是斜绕形成椭圆)等，从而导致 M .1的测量值会小于真实值，而 M .i的真实值是一个较小的量，从而很可能测出一个负值 可查阅文献：徐荣历，《物理实验》1995.15.(6)5。