[精品]物理申优论文

《[精品]物理申优论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、0图4-3-1三线摆实验装置三线摆测量转动惯量方法的研究及问题讨论MeasurementofMomentofInertiaBasedonTherr-LinePendulumanddiscussionofthequestions引言转动惯量是表征转动物体惯性大小的物理量，是研究、设计、控制转动物体，尤其是弹、箭、卫星等飞行体运动规律的重耍参数。测量刚体的转动惯量时，一般都是使刚体以一定的形式运动。通过表征这种运动特征的物理最与转动惯最Z间的关系，进行转换测量。测最刚体转动惯最的方法有多种，三线摆法是具有较好物理思想的实验方法，它具冇设备简单、肓观、

2、测试方便等优点。工程实际小，线摆法的测量算法均建立在小摆角和摆线无拉伸的假设上。然而，实际使用屮的摆线都是有弹性的，尤其对丁•质量较人的被测件，而且摆角也往往会超过小角度的要求。本文主要探讨人角度摆动对实验的影响以及实验屮发现的问题加以分析。Themeasurementmethodusingthree-linependulumisacommonlyusedmethodformeasuringmomentofinertia・Howcvci;dcscribingthismethodisbasedonbothsmallangleassumptionan

3、dstretching-freeassumption.Andsomequestionsarealsofoundintheprocessofexperiment.Thisarticlewilldiscusstheequationeffectandanalyzethequestions・【问题发现】1•摆角大小超过测量耍求时对测量周期的影响。2.待测物体质量与英转动周期的关系。【实验原理】三线摆实验装直如图4-3-1所示，上、下圆盘均处于水平，且悬挂在横梁上。三个对称分布的等长悬线将两圆盘相连。上圆盘固定，下圆盘可绕中心轴00’作扭摆运动。当下盘转动

4、角度很小，且略去空气阻力时，扭摆的运动可近似看作简谐运动。根据能虽守恒定律和刚体转动定律均可以导出物体绕中心轴00’的转动惯量（推导过程见本实验附录）。24兀"）(4-3-1)式屮各物理量的意义如下：®为下盘的质量；r>R分别为上下悬点离各自圆盘屮心的距离;为平衡时上下盘间的垂直距离；几为下盘作简谐运动的周期；g为重力加速度（连云港地区g=9.797m/s2）0将质量为加的待测刚体放在下盘上，并使待测刚体的转轴与o（y轴重合。测出此时卜-盘运动周期7；和上下圆盘间的垂直距离Ho同理对求得待测刚体和卜•圆盘对中心转轴00’轴的总转动惯量为：(加o+

5、M)gR厂丁24k2H'(4-3-2)如不计因重量变化而引起的悬线伸长，则有那么，待测物体绕中心轴00’的转动惯量为：m图4-3-2平行轴I=+（4-3-3）因此，通过长度、质量和吋间的测量，便可求出刚体绕某轴的转动惯量。用三线摆法还可以验证转动惯量的平行轴定理。若质量为加的物体绕过其质心轴的转动惯量为匚，当转轴平行移动距离x吋（如图4-3-2所示），则此物体对新轴00'的转动惯量为几.=/,+呛2。这一结论称为转动惯量的平行轴定理。实验时将质量均为川,形状和质量分布完全相同的两个圆林体对称地放置在下圆盘上。按同样的方法，测出两小圆柱体和下盘绕中

6、心轴00'的转动周期7；,则可求出每个柱体对中心转轴00’的转动惯量：斗也挈业2]（4-3-4）24k2/7【实验内容与步骤】1）测定圆环对通过其质心且垂直于环面的轴的转动惯量①调整上盘水平：调整底座上的三个旋钮，直至上盘面水准仪屮的水泡位于正屮间。②调整下盘水平：调整上圆盘上的三个旋钮，改变三条摆线的长度，直至下盘水准仪中的水泡位于正中间。③测量空盘绕屮心轴°°转动的周期TO：轻轻转动上盘，带动下盘转动，这样可以避免三线摆在作扭摆运动吋发牛•晃动（注意扭摆的转角不能过大，最好控制在5°以内）。周期的测虽常用累积放大法，即用计时工具测虽累积多个周

7、期的时间，然后求出其运动周期。如果采用白动光电计时装置，光电门应置于平衡位置，即应在下盘通过平衡位置时作为计时的起止时刻，使下盘上的挡光杆处于光电探头的中央，门能遮住发射和接收红外线的小孔，然后开始测量；如用秒表手动计时，也应以过平衡位置作为计时的起IWI寸刻，并默读5、4、3、2、1、0,当数到“（F时启动秒表，这样既有一个计数的准备过程，乂不至于少数一个周期。①测出待测圆环与下盘共同转动的周期刁：将待测圆环置于下盘上，注意使两者中心重合，按同样的方法测出它们一起运动的周期7；。具它物理量的测量①用米尺测出上下圆盘三悬点之间的距离d和b,然后算

8、出悬点到中心的距离r和/?(等边三角形外接圆半径)。②用米尺测出两圆盘之间的垂直距离Ho；用游标卡尺测出待测圆环的内、外直径2&、2/?