刚体转动实验
刚体转动惯量的测定实验报告
刚体转动惯量的测定实验报告实验目的：1.了解刚体转动惯量的概念和定义；2.学习利用旋转法测量刚体转动惯量；3.掌握利用平衡法测量刚体转动惯量的方法。
实验仪器：1.旋转法实验装置：圆盘、转轴、杠杆、螺旋测微器、质量砝码等；2.平衡法实验装置：平衡木、质量砝码、支撑点等。
实验原理：1.旋转法实验原理：设刚体的转动惯量为I，当刚体在转轴上匀加速转动时，在力矩M作用下，刚体产生角加速度α。
根据牛顿第二运动定律和角动量定理可得到：M=Iα(1)在角加速度恒定的情况下，转动惯量I与力矩M成正比。
2.平衡法实验原理：刚体转动惯量测量的基本原理是利用转轴位置的移动来改变刚体的转动惯量，使得转动惯量I和重力力矩Mg达到平衡，即：Mg=Iα(2)在刚体转动平衡的状态下，转动惯量I与重力力矩Mg成正比。
实验步骤：1.旋转法实验步骤：(1)将圆盘固定在转轴上，并将转轴竖直插入转台中央的孔中。
(2)将杠杆固定在圆盘上，使得杠杆能够自由转动。
(3)在杠杆上加上一定的质量砝码，使得圆盘开始匀加速转动。
(4)测量转轴上的螺旋测微器的读数，记录下圆盘旋转一定角度时的螺旋测微器的读数。
(5)记录下圆盘质量与加速度的数值，计算出实验测得的转动惯量。
2.平衡法实验步骤：(1)将平衡木放置在支撑点上，使得平衡木可以自由转动。
(2)在平衡木上加上一定的质量砝码，使得平衡木保持平衡。
(3)移动转轴的位置，直到平衡木重新平衡。
(4)记录下转轴位置与加在平衡木上的质量的数值，计算出实验测得的转动惯量。
实验数据处理：1.旋转法实验数据处理：(1)根据螺旋测微器的读数，计算出圆盘旋转的角度。
(2)根据实验测得的圆盘质量和加速度的数值，计算出实验测得的转动惯量。
2.平衡法实验数据处理：(1)根据转轴位置的变化，计算出实验测得的转动惯量。
实验结果分析：根据实验测得的数据，通过旋转法和平衡法两种方法测得的刚体转动惯量进行比较和分析。
分析实验数据的偏差和不确定度，讨论实验结果的可靠性。
恒力矩转动法测刚体转动惯量实验报告
恒力矩转动法测刚体转动惯量实验报告实验目的：1. 掌握恒力矩转动法测量刚体转动惯量的原理和方法；2. 通过实验测量不同形状的刚体转动惯量。
实验仪器：1. 刚体转动仪：包括一组固定在直线轨道上的刚体挂轮、滑轮和质量改变杆；2. 都谐参数分析仪：用于测量刚体的转动角加速度。
实验原理：刚体的转动惯量是描述刚体抵抗转动的特性，单位为kg·m²。
利用恒力矩转动法可以通过测量恒定大小的力矩和刚体的转动角加速度来计算刚体的转动惯量。
实验步骤：1. 将待测刚体（如圆盘、长方体等）安装在转动仪上，并调整刚体的挂点位置，使其处于平衡状态。
2. 通过转动仪上的质量改变杆，将刚体的转动轴定位在所需位置。
3. 在转动仪上设置一个质量m，并使其悬挂在刚体上的滑轮上，并且力矩臂垂直于转动轴。
4. 在刚体上施加一个力矩，使刚体转动，并记录此时的转动角加速度α。
5. 按照步骤3和步骤4，分别进行多次实验，取平均值作为最终的转动角加速度α的测量结果。
6. 根据实验数据计算刚体的转动惯量I。
实验结果和讨论：根据实验数据得到的转动角加速度α和所施加力矩的关系，可以利用转动惯量的定义公式I=τ/α计算刚体的转动惯量。
比较不同形状的刚体转动惯量的大小，观察其是否与刚体的形状密切相关。
实验总结：通过本次实验，我们学习了恒力矩转动法测量刚体转动惯量的原理和方法，并进行了实验测量。
实验结果表明刚体的转动惯量与其形状有关，不同形状的刚体转动惯量大小存在差异。
实验中的误差可能来自实验仪器的精度限制、力矩的不准确施加等。
在以后的实验中，需要注意尽量减小误差的产生，提高实验数据的准确性和可靠性。
刚体转动实验
刚体转动实验引言物理学中的刚体转动实验是一种非常基础的实验，可以用来研究物体的转动运动规律及其相关的物理量。
在本次实验中，我们选取了一根类似于陀螺的针，通过对其在空气中的旋转运动进行测量，来研究刚体在空气中的转动规律。
本文主要介绍了刚体转动实验的实验原理、实验方法以及实验结果，并分析了实验误差以及可能存在的影响因素。
实验原理1.刚体的转动运动刚体是指质点体系，如果该质点体系的各个质点之间的距离不随时间变化，就可以看作是刚体。
刚体的转动运动可以通过刚体绕定轴的转动来进行观察。
假设刚体以角速度ω绕一条固定轴旋转，则可以通过角加速度α来描述其运动状态。
此外，旋转的角位移Δθ可表示为：Δθ=ωt+(1/2)αt²其中t为时间，角位移的单位为弧度(rad)。
2.转动惯量转动惯量（I）是刚体转动惯性的量度，表示刚体绕其某一轴转动的难易程度。
如果一个物体以角速度ω绕某一轴旋转，它所具有的转动动能（E）可以表示为：E=1/2Iω²其中，转动惯量I的单位为千克·米²（kg·m²），角速度的单位为弧度/秒（rad/s），能量的单位为焦耳（J）。
3.角动量角动量（L）是描述刚体转动的另外一种重要物理量，其用公式表示为：L = Iω其中，I为刚体的转动惯量，ω是刚体的角速度。
实验方法1.实验器材本次实验所需的器材包括：陀螺needle、量角器、卡尺、电子秤、串口数据采集器等。
2.实验步骤（1）将needle放置在量角器上，确定needle与量角器的成钝角。
（2）用卡尺测量needle的长度，并进行称重，得到needle的质量。
（3）将needle在空气中沿垂直于实验桌面方向将其转动，记录转动过程中的旋转时间t和旋转圈数n。
（4）根据调校好的量角器表示工具，读取needle初末位置之间的角度差Δθ。
（5）根据实验参数和物理公式，计算出needle转动的转动角速度ω和角加速度α，进而求解needle的转动惯量I。
刚体转动实验报告
一、实验目的1. 验证刚体转动定律。
2. 测定刚体的转动惯量。
3. 探讨刚体转动惯量与质量分布的关系。
4. 学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。
二、实验原理1. 刚体转动定律：具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比。
即：\[ M = I \alpha \]其中，\( M \) 为外力矩，\( I \) 为刚体的转动惯量，\( \alpha \) 为角加速度。
2. 转动惯量：刚体对某一轴的转动惯量，等于刚体上各质点对该轴的转动惯量之和。
其数值为：\[ I = \sum_{i=1}^{n} m_i r_i^2 \]其中，\( m_i \) 表示刚体的某个质点的质量，\( r_i \) 表示该质点到转轴的垂直距离。
3. 应用转动定律求转动惯量：待测刚体由塔轮、伸杆及杆上的配重物组成。
刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。
设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度 \( a \) 下落，其运动方程为：\[ mg - T = ma \]在 \( t \) 时间内下落的高度为 \( h \)，则有：\[ h = \frac{1}{2} a t^2 \]刚体受到张力的力矩为 \( T r \) 和轴摩擦力力矩 \( M_f \)。
由转动定律可得到刚体的转动运动方程：\[ T r - M_f = I \alpha \]绳与塔轮间无相对滑动时有 \( a r = \frac{mg - T}{m} \)，上述四个方程联立可得：\[ M_f = \frac{m r}{2} g - T r \]因此，转动惯量 \( I \) 可表示为：\[ I = \frac{m r}{2} g - \frac{T r}{\alpha} \]由于 \( M_f \) 与张力矩相比可以忽略，砝码质量 \( m \) 比刚体的质量小的多时有 \( a \ll g \)，所以可得到近似表达式：\[ I \approx \frac{m r}{2} g \]三、实验仪器1. 刚体转动仪2. 滑轮3. 秒表4. 砝码5. 测量尺四、实验内容1. 调节实验装置：调节转轴垂直于水平面，调节滑轮高度，使拉线与塔轮接触良好。
刚体转动惯量测量实验
刚体转动惯量测量实验实验介绍本实验旨在通过实验测量刚体的转动惯量，进一步加深学生对刚体力学的理解。
刚体的转动惯量是描述刚体抵抗转动运动的性质的一个重要物理量，对于刚体的旋转运动具有重要意义。
实验原理在本实验中，我们将采用实验仪器，通过测量刚体在不同转动半径下的转动时间，然后根据实验数据计算刚体的转动惯量。
刚体的转动惯量和质量以及转动半径有关，可以通过以下公式进行计算：\[I = mr^2\]其中，\[I\]是刚体的转动惯量，\[m\]是刚体的质量，\[r\]是刚体的转动半径。
实验装置1.刚体转动实验仪器2.计时器3.直尺4.实验记录表实验步骤1.根据实验要求选择合适的刚体，并测量其质量\[m\]。
2.调整刚体转动实验仪器，设置好转动轴，保证转动无阻力。
3.定标：利用直尺测量刚体旋转半径\[r\]，并记录。
4.手动将刚体推动，在计时器开始计时时释放刚体，记录刚体转动的时间\[t\]。
5.重复以上步骤，分别在不同的转动半径下进行实验。
实验数据处理1.根据实验记录表整理实验数据，计算不同转动半径下的刚体转动惯量。
2.利用实验数据绘制转动半径与转动惯量的关系曲线，分析数据的规律性。
实验注意事项1.操作实验仪器时要小心谨慎，避免损坏实验装置。
2.实验数据应尽量准确，避免实验误差的出现。
实验结论通过本实验的实验操作和数据处理，我们可以得出刚体的转动惯量与质量和转动半径的关系。
实验结果表明，刚体的转动惯量与其质量和转动半径的平方成正比关系。
这一实验结果验证了刚体转动惯量的计算公式，并且加深了我们对刚体力学的理解。
实验展望在今后的学习中，我们可以进一步深入研究刚体的转动运动性质，探讨更多与刚体力学相关的问题，提高的我们对物理学科的理解和应用能力。
以上是关于刚体转动惯量测量实验的实验报告，希望对大家有所帮助。
刚体转动惯量的测定实验结论
刚体转动惯量的测定实验结论是：根据实验结果可以得出，刚体的转动惯量与其质量分布和形状有关。
具体而言，当刚体绕过质心轴旋转时，它的转动惯量可以表示为：
I = Σmr²
其中，I表示刚体的转动惯量，Σ表示对所有质点求和，m表示每个质点的质量，r表示每个质点相对于旋转轴的距离。
在实验中，通常会采用不同的方法来测定刚体的转动惯量。
以下是几种常见的实验方法和相应的结论：
1. 旋转法：通过将刚体悬挂在一个旋转轴上，测定刚体在旋转过程中的角加速度和悬挂质量等参数，计算得到转动惯量。
实验结果表明，转动惯量与刚体的质量和悬挂点的位置有关。
2. 挂轴法：将刚体固定在一个水平轴上，并允许其进行摆动。
通过测定刚体的周期和摆动轴的长度等参数，可以计算出转动惯量。
实验结果表明，转动惯量与刚体的质量和摆动轴的长度有关。
3. 转动台法：将刚体放置在一个转动台上，通过测定转动台的角加速度、刚体质量和转动台半径等参数，可以计算出转动惯量。
实验结果表明，转动惯量与刚体的质量和转动台半径有关。
需要注意的是，不同形状和质量分布的刚体的转动惯量会有所不同。
通过实验测定转动惯量可以帮助我们了解刚体的特性，并在物理学和工程学等领域中应用于相关计算和分析中。
刚体转动实验的具体步骤(含图片)
第一步：先测量圆柱的直径，圆盘的内外径，两圆柱在底盘上的距离，底盘至上端的高度
第二步：调试转动惯量测量仪，是挡光圆柱距光门2厘米；并且能使挡光圆柱顺
利转过光门不发生碰撞
第三步：将转盘上方的圆柱至于中间位置，且是底盘平稳
第四步：调试转动惯量测试
仪，先按复位，再按置数，再按执行，默认周期为30，计数61次，单个周期为最终时间除以三十
第五步：将圆环和圆柱至于底盘上，测量各自的周期
质量都有标注
具体的实验报告，如下图。
转动惯量测量实验报告(共7篇)
篇一：大学物理实验报告测量刚体的转动惯量测量刚体的转动惯量实验目的：1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。
二.实验原理:1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：m = iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。
2．应用转动定律求转动惯量图片已关闭显示，点此查看如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。
刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。
设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落的高度为h=at/2。
刚体受到张力的力矩为tr和轴摩擦力力矩mf。
由转动定律可得到刚体的转动运动方程：tr - mf = iβ。
绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：22m(g - a)r - mf = 2hi/rt (2)mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式：2mgr = 2hi/ rt (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。
因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量i。
3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：2a．作m – 1/t图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：2m = k1/ t (4)2式中k1 = 2hi/ gr为常量。
上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。
实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。
即若所作的图是直线，便验证了转动定律。
222从m – 1/t图中测得斜率k1，并用已知的h、r、g值，由k1 = 2hi/ gr求得刚体的i。
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【实验名称】 刚体转动实验 【实验目的】
1. 测定刚体的转动惯量,用实验方法检验刚体的转动定理和平行轴定理;
2. 观测刚体的转动惯量随其质量, 质量分布及转动轴线不同而改变的状况;
3. 用作图法和最小二乘法处理数据——曲线改直. 【实验环境】
刚体转动实验装置, 停表(分度值: 0.01s), 砝码(5.00g), 电子游标卡尺(量程: 125mm), 钢卷尺(量程: 1m 分度值: 1mm).
【实验原理与方法】
根据刚体转动定律, 当刚体绕固定轴转动时, 有:
M = I β ..................................................................................... .(1)
其中M 为刚体所受合力距, I 为物体对该轴的转动惯量, β为角加速度. 刚体所受外力距为绳子给予的力矩Tr 和摩擦力M μ, 其中T 为绳子张力, 与O O '相垂直, r 为塔轮的绕线半径. 当略去滑轮及绳子质量并认为绳长不变时, m 以匀加速度a 下落. 并有:
f = m(
g − a) ............................................................................. .(2)
其中g 为重力加速度, 砝码m 由静止开始下落高度h 所用时间t , 则:
h = at 2/2 ................................................................................... .(3)
又因为:
a = r β ....................................................................................... .(4)
由(1)(2)(3)(4), 有:
m(g − a)r − M u = 2hI
rt
2 .............................................................. .(5)
在实验过程中保持a g <<, 则有:
mgr − M u ≈ 2hI
rt
2 ...................................................................... .(6)
若mgr M <<μ
, 略去M μ, 则有:
mgr ≈ 2hI rt
2 ................................................................................ .(7)
1. M μ不能忽略, 根据(6), 保持r , h 以及m 0的位置不变, 改变m , 测出相应的下落时间t , 并保持M μ不变, 则
有:
m = k 11
t
2 + c 1 ............................................................................ .(8)
其中k 1 = 2hI gr 2 , c 2 = M u
gr .
2.
μM 不能忽略, 根据(6), 保持h , m 以及m 0的位置不变, 改变r , 测出相应的下落时间t ,并保持M μ不变,
则有:
r = k 21
t 2r
+ c 2 ............................................................................. .(9)
其中k 2 = 2hI mg , c 2 = M u
mg
.
【实验步骤】
1. 调节实验装置(略)
2. 选r = 2.50cm , 将m 0放在位置)5,5(' , 将m 从一固定高度由静止开始下落,, 改变m , 每次增加5.00g 砝码,
到m = 35.00g 为止. 用停表测t , 三次取平均.
3. 将m 0放在位置)5,5(', 维持m = 20.00g , 改变r , 取r = 1.00, 1.50, 2.00, 2.50, 3.00cm , 用停表测t , 三
次取平均.
【实验数据处理和误差分析】
1. 保持r , h 以及m 0的位置不变, 改变m , 考察m 和1
t 2 的关系
h = 75.63cm r = 2.50cm m/g t 1/s t 2/s t 3/s t ¯/s 1000×t ¯
-2/s -2 5.00 21.17 21.20 21.69 21.35 2.193 10.00 11.90 11.91 11.65 11.82 7.158 15.00 9.09 9.05 8.93 9.02 12.282 20.00 7.57 7.67 7.49 7.58 17.420 25.00 6.71 6.63 6.69 6.68 22.433 30.00 6.19 6.27 6.19 6.22 25.875 35.00 5.53
5.68
5.49
5.57
32.271
结果作图
:
m和1/t 2的关系
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0.000
5.00010.00015.000
20.00025.00030.00035.000
1000×(1/t 2
)/s
-2
m /g
使用最小二乘法处理数据, 得到拟合直线的方程为:
y = 1.0134x + 2.6807 R 2 = 0.9976
由公式(8), 取g = 9.8m/s 2
:
I = 1000gr 2k 1
2h = 4.10×104g ∙cm 2
M u = grc 1 = 185.3g ∙cm 2∙s -2
2. 保持h , m 以及m 0的位置不变, 改变r . 考察r 和1
t 2r 的关系
h = 75.63cm m = 20.00g r/cm t 1/s t 2/s t 3/s t ¯/s 1000×t ¯
-2r -1/s -2cm -1 1.0 22.13 21.82 21.98 21.98 2.071 1.5 13.95 13.99 13.92 13.95 3.424 2.0 9.86 9.77 9.91 9.85 5.157 2.5 7.86 7.84 7.83 7.84 6.502 3.0 6.46
6.54
6.47
6.49
7.914
结
使用最小二乘法处理数据, 得到拟合直线的方程为:
y = 2.953x − 0.8924 R 2 = 0.9983
由公式(9), 取:
I = mgk 2
2000h = 4.38×104g ∙cm 2 M u = mgc 2 = 5.978g ∙cm 2∙s -2
【思考题】
1. 总结本实验所要求满足的实验条件, 说明它们在实验中是如何实现的. (1) 公式中没有体现角度.
方法是使OO ’竖直, 细线与转轴垂直. (2) g a <<.
使用较小质量的砝码, 使a 足够小. (同时增大了下落时间, 方便观测.) (3) 略去滑轮和绳子的质量, 略去滑轮轴上的摩擦力, 认为绳子长度不变.
绳子和滑轮质量尽量小, 滑轮尽量光滑, 绳子不要用弹性的. (4) 定轴+转动.
塔轮的松紧应适宜. 太紧就不会动, 太松就不是定轴转动了. (5) M μ不变.
线尽量密绕, 螺丝在实验过程中不再调整. (6) I 不变.
注意调整两根细柱B 和B ', 它们在实验过程中有时会松开.。