刚体转动实验实验报告
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一、实验目的1、学习用三线摆法测定刚体的转动惯量。
2、加深对转动惯量概念的理解。
3、掌握用游标卡尺和秒表等仪器的使用方法。
二、实验原理三线摆是由三根等长的悬线将一水平圆盘悬挂在一个固定的支架上构成的。
当圆盘绕中心轴 OO' 作扭转摆动时，圆盘的运动可以看作是圆盘绕通过其重心且垂直于盘面的轴线的转动和平动的合成。
设圆盘的质量为 m，半径为 R，对于通过其重心且垂直于盘面的轴线的转动惯量为Ic。
当圆盘扭转一个小角度θ 时，圆盘的势能变化为：ΔEp ＝ mgh其中，h 为圆盘重心上升的高度。
由于θ 很小，所以可以近似认为：h ≈ Rθ²根据能量守恒定律，圆盘的势能变化等于其动能的变化，即：ΔEp ＝1/2 Iω²其中，ω 为圆盘的角速度。
又因为圆盘的摆动周期为 T，所以ω ＝2π/T。
联立上述式子可得：Ic ＝（mgR²T²) ／（4π²h)实验中通过测量圆盘的质量 m、半径 R、摆动周期 T 以及圆盘扭转角度θ 对应的重心上升高度 h，即可计算出圆盘对于通过其重心且垂直于盘面的轴线的转动惯量 Ic。
三、实验仪器三线摆、游标卡尺、米尺、秒表、待测刚体（圆环、圆柱等）、托盘天平。
四、实验步骤1、用托盘天平测量圆盘和待测刚体的质量。
2、用游标卡尺测量圆盘和待测刚体的直径，分别测量多次，取平均值。
3、调整三线摆的悬线长度，使上下圆盘之间的距离约为 50cm 左右。
4、轻轻转动上圆盘，使圆盘作小角度的扭转摆动，用秒表测量圆盘摆动 50 个周期的时间，重复测量多次，取平均值，计算出摆动周期T。
5、将待测刚体放在圆盘上，使两者的中心轴线重合，按照上述方法测量系统（圆盘和待测刚体）的摆动周期 T'。
五、实验数据记录与处理1、圆盘质量 m ＝＿_____ g，直径 D ＝＿_____ cm，半径 R ＝D/2 ＝＿_____ cm。
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。
扭摆法测刚体转动惯量实验报告
扭摆法测刚体转动惯量实验报告一、实验目的1、掌握扭摆法测量刚体转动惯量的原理和方法。
2、学会使用数字式计时计数器测量扭摆的周期。
3、研究刚体的转动惯量与其质量分布及转轴位置的关系。
二、实验原理扭摆的构造如图 1 所示，将一金属细杆（或圆盘）水平安装在一个扭转弹簧上，构成一个扭摆。
当扭摆受到外力作用，使其在水平面内绕竖直轴转过一定角度后松开，扭摆将在弹簧的恢复力矩作用下作往复扭转运动。
根据刚体绕定轴转动的定律，扭摆的运动方程为：＼I\ddot{＼theta} ＋ k\theta ＝ 0＼其中，＼（I\）为刚体对转轴的转动惯量，＼（＼theta\）为扭摆的角位移，＼（k\）为弹簧的扭转常数。
该方程的解为简谐振动方程：＼＼theta ＝ A\cos(＼omega t ＋＼varphi)＼其中，＼（A\）为角振幅，＼（＼omega\）为角频率，＼（＼varphi\）为初相位。
由于振动周期\（T ＝＼frac{2\pi}｛＼omega}＼），可得：＼T ＝ 2\pi\sqrt{＼frac{I}｛k}｝＼因此，只要测出扭摆的周期\（T\）和弹簧的扭转常数\（k\），就可以计算出刚体的转动惯量\（I\）。
弹簧的扭转常数\（k\）可以通过测量一个已知转动惯量的标准物体（如圆柱体）的摆动周期来确定。
三、实验仪器1、扭摆装置及附件。
2、数字式计时计数器。
3、待测刚体（金属细杆、金属圆盘等）。
4、游标卡尺、米尺。
四、实验内容及步骤1、用游标卡尺测量金属细杆的直径\（d\），在不同部位测量多次，取平均值。
用米尺测量金属细杆的长度\（l\）。
2、调整扭摆装置，使扭摆的转轴处于水平状态，并将数字式计时计数器的功能选择为测量周期。
3、将金属细杆水平安装在扭摆上，轻轻扭转一个角度后松开，让其自由摆动。
用计时计数器测量其摆动\（10\）个周期的时间\（t_1\），重复测量\（3\）次，计算金属细杆摆动的周期\（T_1\）。
4、取下金属细杆，换上金属圆盘，用同样的方法测量金属圆盘摆动\（10\）个周期的时间\（t_2\），重复测量\（3\）次，计算金属圆盘摆动的周期\（T_2\）。
刚体转动惯量的测定实验报告
拓展应用领域
将刚体转动惯量的测定方法应用于工程领域，如机 械设计、航空航天等领域，为实际问题的解决提供 理论支持。
发展新的测量技术
随着科技的不断发展，可以探索更为精确、 高效的刚体转动惯量测量新技术，提高实验 测量的准确性和效率。
提供实验依据
本实验为刚体转动惯量的研究提供了可靠的实验数据和依据。
验证理论模型
通过实验验证理论模型的正确性，为刚体转动惯量的理论 研究提供有力支持。
推动相关领域发展
刚体转动惯量的研究在力学、物理学、工程学等多个领域 具有广泛应用，本实验的研究方法和结论有助于推动相关 领域的发展。
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得出结论
根据实验数据和误差分析结果，得出不同形 状刚体转动惯量的测量值和实验结论。
CHAPTER 04
实验结果分析与讨论
数据整理与图表展示
数据整理
详细记录了实验过程中各测量点 的数据，包括转动角度、时间、 扭矩等，并对数据进行了初步处 理，如计算平均值、标准差等。
图表展示
根据整理后的数据，绘制了相应 的图表，如转动角度-时间曲线、 扭矩-时间曲线等，以便更直观地 展示实验结果。
设备操作注意事项
实验前应检查实验台是否 水平、稳固，确保实验过 程中刚体不会晃动或倾斜。
调整光电传感器时应确保 其与刚体转动平面垂直，
且光线能够准确照射到刚 体表面。
ABCD
安装刚体及附件时应确保 连接牢固、稳定，避免实 验过程中发生脱落或移位。
实验过程中应保持环境安 静、避免干扰，确保数据 采集的准确性和可靠性。
掌握数据处理方法
测刚体转动实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握根据转动定律测转动惯量的方法；2. 熟悉电子毫秒计的使用；3. 通过实验验证转动惯量的基本概念和规律。
二、实验原理转动惯量是物体转动惯性的量度，表示物体绕某轴转动时，其质量分布对转动的影响程度。
转动惯量越大，物体转动越困难。
转动惯量的大小与物体的质量、质量分布和转轴的位置有关。
根据转动定律，刚体绕固定轴转动时，所受合外力矩等于刚体的转动惯量与角加速度的乘积。
即：M = Iα其中，M为外力矩，I为转动惯量，α为角加速度。
本实验采用恒力矩法测量刚体的转动惯量。
恒力矩法是通过测量刚体绕固定轴转动时的角加速度，然后根据转动定律计算转动惯量。
三、实验仪器1. 刚体转动惯量实验仪2. 通用电脑式毫秒计3. 砝码4. 水平仪四、实验步骤1. 将刚体转动惯量实验仪放置在水平桌面上，使用水平仪调整实验仪的水平状态；2. 将砝码挂在实验仪的挂钩上，确保砝码与实验仪的旋转轴平行；3. 使用电子毫秒计测量砝码从静止开始下落至接触刚体所需的时间t1；4. 改变砝码的位置，重复步骤3，测量不同位置下砝码下落时间t2、t3、...、tn；5. 计算每次实验中砝码下落过程中所受的平均力F；6. 根据转动定律，计算刚体的转动惯量I。
五、数据处理1. 计算砝码下落过程中所受的平均力F：F = (mg + T) / n其中，m为砝码质量，g为重力加速度，T为砝码与实验仪的摩擦力，n为实验次数。
2. 计算刚体的转动惯量I：I = F t / (n α)其中，t为砝码下落时间，α为角加速度。
六、实验结果与分析1. 通过实验测量，得到不同砝码位置下砝码下落时间t1、t2、t3、...、tn；2. 计算砝码下落过程中所受的平均力F；3. 根据转动定律，计算刚体的转动惯量I；4. 对实验数据进行处理，分析转动惯量与砝码位置的关系。
七、实验结论1. 通过实验验证了转动定律的正确性；2. 确定了刚体的转动惯量与其质量、质量分布和转轴位置的关系；3. 熟练掌握了电子毫秒计的使用方法。
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。
刚体转动实验实验报告
刚体转动实验实验报告一、实验目的1、学习使用刚体转动实验仪测量刚体的转动惯量。
2、验证刚体转动定律和转动惯量的平行轴定理。
3、掌握数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理1、刚体的转动惯量刚体绕固定轴转动时的转动惯量 I 等于刚体中各质点的质量 mi 与它们各自到转轴距离 ri 的平方的乘积之和，即：I ＝Σ mi ri²2、刚体转动定律刚体绕定轴转动时，刚体所受的合外力矩 M 等于刚体的转动惯量 I 与角加速度β的乘积，即：M ＝Iβ3、转动惯量的平行轴定理若刚体对通过质心 C 的轴的转动惯量为 Ic，对与该轴平行且相距为d 的另一轴的转动惯量为 Ip，则有：Ip ＝ Ic ＋ md²三、实验仪器刚体转动实验仪、秒表、砝码、游标卡尺、米尺等。
四、实验步骤1、调节刚体转动实验仪将实验仪调至水平状态，通过调节底座的螺丝，使实验仪上的气泡位于水准仪的中心。
调整塔轮和定滑轮之间的细线，使其处于紧绷状态，且与转轴垂直。
2、测量塔轮半径 R 和绕线轴半径 r使用游标卡尺分别测量塔轮的外半径 R1、内半径 R2，取平均值得到塔轮半径 R。
同样用游标卡尺测量绕线轴的半径 r。
3、测量刚体的质量 M 和形状尺寸用天平称出刚体的质量 M。
用米尺测量刚体的几何尺寸，如圆盘的直径、圆柱的长度和直径等。
4、测量空载时刚体的转动惯量在刚体上不添加砝码，轻轻转动刚体，使其在摩擦力矩的作用下做匀减速转动。
用秒表记录刚体转过一定角度θ所需的时间 t1。
5、测量加载砝码时刚体的转动惯量在绕线轴上逐渐添加砝码，使刚体在重力矩的作用下做匀加速转动。
用秒表记录刚体转过相同角度θ所需的时间 t2。
6、验证转动惯量的平行轴定理将两个相同的圆柱体对称地放置在刚体上，使其质心与转轴的距离分别为 d1 和 d2。
测量刚体在这种情况下转过相同角度θ所需的时间 t3。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录｜实验次数｜塔轮半径 R （cm) ｜绕线轴半径 r （cm) ｜刚体质量 M （kg) ｜空载时间 t1 （s) ｜加载时间 t2 （s) ｜平行轴时间 t3 （s) ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜｜ 2 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜｜ 3 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜2、数据处理（1）计算塔轮半径 R 和绕线轴半径 r 的平均值：R ＝（R1 ＋ R2) ／ 2r ＝（r1 ＋ r2) ／ 2（2）计算空载时刚体的角加速度β1：β1 ＝θ ／ t1²（3）计算加载砝码时刚体的角加速度β2：β2 ＝θ ／ t2²（4）计算空载时刚体的转动惯量 I1：I1 ＝（M （R r)²) ／（β1 g)（5）计算加载砝码时刚体的转动惯量 I2：I2 ＝（M （R r)²＋ mgr) ／（β2 g)（6）计算平行轴定理验证时刚体的转动惯量 I3：I3 ＝（M （R r)²＋ 2m(d1²＋ d2²)）／（β3 g)3、误差分析（1）测量仪器的误差：游标卡尺和秒表的精度有限，可能导致测量结果存在一定的误差。
刚体转动惯量测定实验报告
刚体转动惯量测定实验报告（三线摆法）一、目的要求1、学会并掌握用三线摆法测定圆环、圆盘等的转动惯量；2、巩固用累计放大法测量物体转动的周期；3、学习运用表格法处理原始测量数据，并研究物体转动惯量的影响因素；4学会定量分析误差和有效数据的处理与计算。
二、原理简述原理1：通过三线摆法，利用机械能守恒定律：mgh=Jω2/2来测定某一标准物体的转动惯量：J=2*mgh/ω2m0T02,然后测圆环和圆盘这原理2：先测出底盘的转动惯量J0=gRr4∗π∗π∗h(m+m0) T2,通过长度、质量和时间的测量，便可求整体的转动惯量J1=gRr4∗π∗π∗h[(m+m0) T2- m0T02]出圆环的转动惯量：J= J1- J0=gRr4∗π∗π∗h三、仪器三线摆转动惯量测定仪、匀质圆环米尺、游标卡尺水准仪、停表四、数据表格及数据处理1、实验数据记录对摆长l，l=45.00cm，带入相关数据∆l =（li −l ）ni =1n ∗（n −1）=（li −l ）5i=15∗（5−1）=0.01cm则l=l ±∆l =45.00±0.01cm同理，可得出，D ，D ’，t 0，t ，R ，r下圆盘系点间的距离D=D±∆D =11.29±0.01cm 上系点间的距离D ’=D′±∆D′=4.35±0.01cm 盘摆动50个周期所用时间t 0t 0= t0±∆t0=82.61±0. 14s 圆盘与圆环这整体摆动50个周期所用时间tt= t ±∆t =87.08±0.07s 圆环内径r 0=9.518±0.004cm 圆环外径R 0=11.461±0.008cm同时，由系点组成的上下圆半径：r =33D′，R = 33D周期，T0 =t050=1.67s ，T =t50=1.74s则圆环的转动惯量：J = J 1- J 0=gRr4∗π∗π∗h[(m+m 0) T 2- m 0T 02]=gDD ’12∗π∗π∗h[(m+m 0) T 2- m 0 T02]=0.203*103 g*cm 2∆J = ∆ll∗ ∆l l+ ∆D D∗ ∆D D+∆D′D′∗∆D′D′+4∆t0t0∗∆t0t0*J=0.085*103 g*cm 2J=J ±∆J =(0.203±0.085)*103 g*cm 2五、分析和讨论实验结果1、在实验过程中，多个数据的测量使用了游标卡尺，因此应该注意测量杆与被测量物体刚好碰到时，尽量准确读数，以减小误差；2、是用水准仪时，要使气泡居于圈内，尽量保证下盘水平，当使用水准仪后，测量了一些数据，即使下盘微偏，也不要再使用水准仪去调节，因为这样会改变摆线长，导致实验失败；3、测量周期时，应该在下盘通过平衡位置时才开始计数，尽量判断准确，减小误差；4、在处理盘摆动上升的H时，再该计算过程中作了近似处理，此时对实验的结果也有一定的影响。
刚体转动的研究实验报告
刚体转动的研究实验报告刚体转动的研究实验报告引言：转动是物体运动的一种重要形式，而刚体转动作为其中的一种特殊情况，具有广泛的应用和研究价值。
本实验旨在通过对刚体转动的研究，探索其运动规律，并通过实验数据验证相关理论。
实验目的：1. 研究刚体转动的基本规律；2. 通过实验验证刚体转动的动力学方程；3. 探索刚体转动的应用领域。
实验器材：1. 转动装置：包括转轴、转轴支架、转轴固定装置等；2. 刚体样品：选择形状规则、质量均匀分布的物体；3. 力矩传感器：用于测量外力对刚体的作用力矩；4. 计时器：用于测量刚体转动的时间；5. 数据采集系统：用于记录实验数据。
实验步骤：1. 搭建转动装置：将转轴安装在转轴支架上，并确保转轴能够自由旋转；2. 准备刚体样品：选择一个形状规则、质量均匀分布的物体，并将其固定在转轴上；3. 施加外力：通过力矩传感器施加外力，并记录外力的大小和作用时间；4. 记录数据：使用数据采集系统记录刚体转动的角度、角速度和角加速度；5. 多次实验：重复以上步骤，进行多次实验，以获得更加准确的数据；6. 数据处理：分析实验数据，绘制图表，验证刚体转动的动力学方程；7. 结果分析：对实验结果进行分析和讨论，探索刚体转动的应用领域。
实验结果：通过实验数据的处理和分析，我们得到了刚体转动的角度、角速度和角加速度随时间的变化关系。
根据实验数据，我们可以绘制出刚体转动的角度-时间、角速度-时间和角加速度-时间曲线图。
通过对这些曲线的分析，我们可以得到刚体转动的运动规律，并验证刚体转动的动力学方程。
讨论与分析：在实验中，我们发现刚体转动的角度随时间的变化呈线性增加的趋势，即刚体的转动角度与时间成正比。
而角速度和角加速度的变化则与施加的外力有关。
当外力作用时间较短时，刚体的角速度和角加速度较大；当外力作用时间较长时，刚体的角速度和角加速度较小。
这与刚体转动的动力学方程相吻合。
应用领域：刚体转动作为一种重要的物理现象，在工程和科学研究中有着广泛的应用。
刚体转动惯量实验报告(共9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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4. 维持m = 10.00 g，r = 2.50 cm，对称地改变m0的位置，令其与转轴相距x1, x2, . . . , x5，同法记录下落 时间t，求得转动惯量，分析转动惯量与刚体质量分布的关系，从而检验平行轴定理.
1.00
19.10
19.19
19.24
16.17
1.50
12.93
12.98
12.98
12.63
2.00
9.68
9.54
9.80
ห้องสมุดไป่ตู้9.67
2.50
7.77
7.75
7.73
7.75
3.00
6.46
6.44
6.38
6.46
3
Table 3: 下落时间与刚体质量分布关系表 m = 10.00g r = 2.50cm
I1 = I0 + I0c
(12)
当m0位于(2, 4 )时，
I1 = I0 + I0c + 2m0d2
(13)
当m0位于(1, 5 )时，
I1 = I0 + I0c + 2m0(2d)2
(14)
再代入之前得到的运动方程(7) ，应得到
t22 − t21 t23 − t21
=
1 4
(15)
如果能检验(15)是否成立，便可验证平行轴定理.
2 仪器用具
刚体转动实验装置一套.停表一块,砝码托及砝码若干（约重5.00g）,游标卡尺（分度值0.02mm）,钢卷尺 （分度值0.1cm）
3 实验原理
3.1 实验装置
略，可见教材详述
3.2 理论推演
由转动定理，可得
M = Iα
(1)
其中M为外力矩，I为刚体的转动惯量，α为角加速度
实验中刚体所受外力矩为绳子提供的张力力矩FT r和摩擦力矩Mµ,若忽略滑轮与绳的质量以及滑轮轴上的 摩擦，并认为绳长不变时则有
(10)
其中, I0为不含可移动圆柱的转动惯量，I0c两个可移动圆柱绕其质心且转轴平行于OO 轴的转动惯量
综合运动方程,我们可以得到
t2 = k3x2 + c3
(11)
即，t2与x2存在线性关系，可据此检验平行轴定理.
3.3.4
保持r,m,h不变，将两个m0分别置于(1, 5 ),(2, 4 ),(3, 3 ),根据平行轴定理, 当m0位于(3, 3 )时，
1
rt2 = k2r + c2
(9)
其中,
k2
=
mg 2hI
, c1
=
− Mµ 2hI
即,r与
1 rt2
存在线性关系，当我们假定实验中Mµ
保持不变，则由斜率k2
即可求出刚体惯量
3.3.3
保持m,h,及r不变，对称地改变m0的质心与转动轴OO 的距离x,根据平行轴定理，转动惯量为
I = I0 + I0c + 2m0x2
FT = m(g − a)
(2)
又砝码下落h的时间t满足
h = 1 gt2
(3)
2
以及
a = rα
(4)
可以得到
2hI
m(g − a)r − Mµ = rt2
(5)
假如实验过程中满足g a,上式可进一步化为
2hI
mgr − Mµ = rt2
(6)
进一步，如果摩擦Mµ可忽略不计,为
2hI
mgr = rt2
5. 维持m = 10.00 g，r = 2.50 cm，非对称地改变m0的位置， 使得m0置于(3, 3 )，(2, 4 )，(1, 5 ) ，同法 记录下落时间t，求得转动惯量，分析转动惯量与刚体质量分布的关系，从而检验平行轴定理.
5 记录表格
砝码质量m/g
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00
16.92 11.57 9.17 7.83 6.98 6.33 5.89
16.88 11.49 9.15 7.80 6.98 6.34 5.81
Table 2: 下落时间与塔轮绕线半径关系表 m = 20.00g m0位置(5, 5 )
下落时间t/s
绕线半径r/cm 第一次t1/s 第二次t2/s 第三次t3/s Average t¯/s
下落时间t/s
m0的位置x/cm 第一次t1/s 第二次t2/s 第三次t3/s Average t¯/s
2.50 5.00 7.50 10.00 12.50 15.00
6.10 6.84 7.89 9.54 11.10 12.77
6.00 6.89 8.20 9.47 10.98 12.70
5.93 6.83 8.10 9.49 11.16 12.77
(7)
1
3.3
下面分别讨论几种情况
3.3.1
保持r,h,及m0的位置不变，改变m,测出相应的下落时间t,则有
1
t2 = k1m + c1
(8)
其中
k1
=
gr2 2hI , c1
=
− Mµr 2hI
即,m与
1 t2
存在线性关系，当我们假定实验中Mµ
保持不变，则由斜率k1
即可求出刚体惯量
3.3.2
保持m,h,及m0的位置不变，改变绕线半径r,测出相应的下落时间t,则有
Table 1: 下落时间与砝码质量关系表 r = 2.50cm m0位置(5, 5 )
下落时间t/s
第一次t1/s 第二次t2/s 第三次t3/s Average t¯/s
16.87 11.49 9.17 7.77 6.89 6.35 5.77
16.86 11.41 9.12 7.79 7.06 6.34 5.78
2
4 实验内容
1. 调节实验装置
(a) 取下塔轮，换上铅垂准钉，调节OO 与地面垂直. (b) 装上塔轮，尽量减小摩擦，调整完后用固定螺丝固定 (c) 绕线尽量密排，保持绳子张力T 的方向与OO,轴垂直.
2. 选取r = 2.50 cm,将m0置放于(5, 5 )，将m从固定高度h静止下落，通过增加砝码改变质量m，直到m = 35.00g为止，用停表测下落时间，三次取平均.用绘图法和最小二乘法处理数据，求出转动惯量.
6.01 6.85 8.06 9.50 11.08 12.75
刚体转动试验——转动法测定刚体转动惯量
沈佳瑜 1300011360 March 4, 2016
1 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转动惯量的平行轴定理 2. 观测刚体转动惯量随其质量、质量分布、及转动轴线的不同而改变的状况 3. 用作图法和最小二乘法处理数据——曲线改直