扭摆法测定物体转动惯量实验报告

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扭摆法测转动惯量实验报告

扭摆法测转动惯量实验报告

扭摆法测转动惯量实验报告一、引言转动惯量是描述物体转动惯性大小的物理量,也是描述物体对转动的抵抗程度。

本实验通过扭摆法测量物体的转动惯量,探究物体转动惯量与物体的质量分布、形状以及转轴位置之间的关系。

二、实验器材和原理实验器材:扭摆装置、圆盘、计时器、测量尺、螺旋测微器等。

实验原理:扭摆法是利用物体在一根固定转轴周围转动时的回复力矩与物体转动惯量之间的关系来测量转动惯量的方法。

根据牛顿第二定律,物体的转动惯量与物体所受到的力矩之间满足以下关系:I = τ/α其中,I为物体的转动惯量,τ为物体所受到的力矩,α为物体的角加速度。

三、实验步骤1. 将圆盘固定在扭摆装置上,确保转轴与圆盘中心对齐。

2. 给圆盘加上一个小角度的转动,释放后观察其回复振动,并记录回复振动的周期T。

3. 通过测量尺测量圆盘的半径r,并计算出圆盘的转动惯量I。

4. 重复实验步骤2和3,分别记录不同角度下圆盘的回复振动周期和转动惯量。

5. 改变圆盘的质量分布、形状或转轴位置,重复步骤2-4。

四、数据处理与分析根据实验记录的周期T和圆盘的半径r,可以通过公式T = 2π√(I/τ)计算出圆盘的转动惯量I。

通过多组实验数据的比较,可以得出以下结论:1. 质量分布对转动惯量的影响:质量集中在转轴附近的物体转动惯量较小,而质量分布均匀的物体转动惯量较大。

2. 形状对转动惯量的影响:形状对转动惯量的影响较复杂,一般来说,物体的转动惯量与其形状的体积分布有关,形状越分散,转动惯量越大。

3. 转轴位置对转动惯量的影响:转轴位置的改变会导致物体的转动惯量发生变化,一般来说,转轴越远离物体质心,转动惯量越大。

五、实验误差分析在实际实验中,由于摩擦、空气阻力等因素的存在,实验数据可能存在一定的误差。

为了减小误差,可以采取以下措施:1. 减小摩擦:在扭摆装置中加入适量的润滑剂,减小转动时的摩擦力。

2. 排除空气阻力:在实验过程中尽量减小圆盘与空气的接触面积,避免空气阻力对实验结果的影响。

扭摆法测转动惯量的研究报告性实验报告

扭摆法测转动惯量的研究报告性实验报告

. /扭摆法测转动惯量研究性实验报告目录摘要0一、实验目的1二、实验原理11.根本原理12.间接比拟测量法,确定扭转常数K13.验证平行轴定理14.光电转换测量周期2三、实验仪器2四、实验步骤21.调整测量系统22.测量数据2五、考前须知2六、数据记录与处理31.原始数据记录32.数据处理4七、讨论51.误差分析52.总结6实验名称:扭摆法测转动惯量摘要转动惯量是刚体转动惯性大小的量度,是表征刚体特性的一个物理量。

转动惯量的测量,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量与转动惯量之间的关系,进展转换测量。

本实验使物体作扭转摆动,由摆动周期及其它参数的测定算出物体的转动惯量。

一、实验目的1.熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测量仪的使用;2.利用扭摆法测量不同形状物体的转动惯量和扭摆弹簧的扭摆常数;3.验证转动惯量的平行轴定理;4.学会测量时间的累积放大法;5.掌握不确定度的计算方法。

二、实验原理1.根本原理转动惯量的测量,根本实验方法是转换测量,使物体以一定的形式运动,通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系,进展转换测量。

实验中采用扭摆法测量不同形状物体的转动惯量,就是使物体摆动,测量摆动周期,通过物体摆动周期T与转动惯量I的关系来测量转动惯量。

2.间接比拟测量法,确定扭转常数K标准物体的转动惯量I1,被测物体的转动惯量I0,被测物体的摆动周期T0,标准物体被测物体的摆动周期T1,通过间接比拟法可测得:也可以确定出扭转常数K定出仪器的扭转常数K,测出物体的摆动周期T,就可计算出转动惯量I。

3.验证平行轴定理平行轴定理:假设质量为m的物体〔小金属滑块〕绕通过质心轴的转动惯量为I0时,当转轴平行移动距离*时,则此物体的转动惯量变为。

为了防止相对转轴出现非对称情况,由于重力矩的作用使摆轴不垂直而增大测量误差。

实验中采用两个金属滑块辅助金属杆的对称测量法,验证金属滑块的平行轴定理。

扭摆法测定转动惯量实验报告

扭摆法测定转动惯量实验报告

扭摆法测定转动惯量实验报告扭摆法测定转动惯量实验报告引言:转动惯量是物体抵抗转动运动的特性之一,它在物理学和工程学中具有重要的意义。

本实验旨在通过扭摆法测定转动惯量,进一步探究转动惯量的概念和测量方法。

实验装置与原理:实验中所使用的装置主要包括一个旋转台盘、一个扭簧、一个转轴和若干质量块。

实验原理基于扭摆的基本规律,当一个物体受到扭簧的力矩作用时,会发生转动。

通过测量扭簧的劲度系数和转动角度,可以计算出物体的转动惯量。

实验步骤:1. 将旋转台盘固定在水平台上,并调整使其能够自由转动。

2. 将扭簧固定在转轴上,并将转轴插入旋转台盘的中心孔。

3. 在转轴两端的孔上分别挂上质量块,使得转轴保持平衡。

4. 将扭簧的一端固定在转轴上,另一端固定在支架上。

5. 扭动扭簧,使转轴发生转动,并记录下转动角度。

6. 重复实验多次,取平均值。

数据处理与结果分析:根据实验数据,可以计算出扭簧的劲度系数k,以及转动角度θ。

根据转动惯量的定义,转动惯量I可以表示为I = kθ。

通过计算得到的转动惯量,可以进一步研究物体的特性和结构。

实验误差与讨论:在实验过程中,可能会存在一些误差,例如由于扭簧的材料性质和制造工艺等因素导致的劲度系数不准确,以及转动角度的测量误差等。

为了减小误差,可以采取多次实验取平均值的方法,并注意测量仪器的准确度和稳定性。

实验应用与意义:转动惯量是物体旋转运动的重要参数,对于工程设计和物理研究具有重要意义。

通过扭摆法测定转动惯量,可以帮助我们更好地了解物体的转动特性,为工程设计和物理实验提供基础数据和理论支持。

结论:通过本次实验,我们成功地使用扭摆法测定了物体的转动惯量,并对转动惯量的概念、测量方法和意义有了更深入的了解。

本实验为我们进一步探索物体转动运动提供了基础,并为相关领域的研究和应用提供了参考。

总结:转动惯量是物体抵抗转动运动的特性之一,通过扭摆法可以测定转动惯量。

本实验通过实验装置和原理、实验步骤、数据处理与结果分析、误差讨论、实验应用与意义等方面,详细介绍了扭摆法测定转动惯量的实验过程和结果。

用扭摆法测转动惯量实验报告

用扭摆法测转动惯量实验报告

用扭摆法测转动惯量实验报告一、实验目的1、掌握用扭摆法测量物体转动惯量的原理和方法。

2、了解转动惯量与物体质量、质量分布以及转轴位置的关系。

3、学会使用数字式计时仪测量周期。

二、实验原理扭摆的构造如图所示,在垂直轴上装有一根薄片状的螺旋弹簧,用以产生恢复力矩。

在轴的上方可以装上各种待测物体。

当物体在水平面内转过一角度θ后,弹簧就会产生一个恢复力矩M,其大小与转角θ成正比,即 M =kθ (k 为弹簧的扭转常数)。

根据转动定律 M =Iβ,其中 I 为物体绕轴的转动惯量,β为角加速度。

当θ很小时,sinθ ≈ θ,所以β =d²θ/dt² =kθ/I。

此方程的解为θ =A cos(ωt +φ),式中 A 为振幅,ω为角频率,φ为初相位。

由于θ很小,所以振动周期 T =2π/ω =2π√(I/k)。

若测出扭摆的周期 T,以及弹簧的扭转常数 k,就可以算出物体的转动惯量 I =kT²/4π²。

三、实验仪器1、扭摆装置及待测物体(圆盘、圆环、圆柱等)。

2、数字式计时仪。

3、游标卡尺。

4、天平。

四、实验内容与步骤1、用游标卡尺分别测量待测物体(圆盘、圆环、圆柱)的直径和高度,各测量 5 次,取平均值。

用天平测量它们的质量。

2、调整扭摆装置的底座水平,将螺旋弹簧插入垂直轴,并拧紧固定螺丝。

3、将圆盘安装在扭摆的垂直轴上,轻轻转动圆盘,使其在水平面内摆动。

用数字式计时仪测量圆盘摆动 10 个周期的时间,重复测量 5 次,计算平均周期 T1。

4、取下圆盘,将圆环套在垂直轴上,重复步骤 3,测量圆环的平均周期 T2。

5、再将圆柱安装在垂直轴上,测量圆柱的平均周期 T3。

五、数据记录与处理1、测量数据记录|待测物体|质量 m(g)|直径 D(mm)|高度 h (mm)| 10 个周期时间 t(s)|平均周期 T(s)|||||||||圆盘|_____ |_____ |_____ |_____ |_____ ||圆环|_____ |_____ |_____ |_____ |_____ ||圆柱|_____ |_____ |_____ |_____ |_____ |2、计算弹簧的扭转常数 k先测出只有金属载物盘时的摆动周期T0,根据公式k =4π²I0/T0²,其中 I0 为金属载物盘的转动惯量(可查手册得到),计算出 k 的值。

扭摆法测量转动惯量实验报告

扭摆法测量转动惯量实验报告

扭摆法测量转动惯量实验报告一、引言转动惯量是描述物体旋转运动惯性的物理量,它的大小取决于物体的质量分布和旋转轴的位置。

在实际应用中,准确测量转动惯量对于研究物体的旋转运动特性和设计旋转装置非常重要。

本实验通过扭摆法测量转动惯量,探究物体的转动惯量与其几何形状和质量分布的关系。

二、实验目的1. 理解转动惯量的概念和计算方法;2. 掌握扭摆法测量转动惯量的原理和步骤;3. 通过实验验证理论推导的准确性。

三、实验仪器和材料1. 扭摆装置:包括悬挂线、钢丝绳、转轴和转动物体;2. 表面电阻计:用于测量扭摆装置的回复力;3. 卡尺、量角器:用于测量物体的几何尺寸和转动角度;4. 电子天平:用于测量物体的质量。

四、实验原理扭摆法是一种通过在物体上施加扭矩来测量物体转动惯量的方法。

实验中,将物体悬挂在转轴上,并施加一个水平方向的扭矩使其产生转动。

通过测量物体的转动角度和恢复力,可以计算出物体的转动惯量。

五、实验步骤1. 准备工作:将转轴固定在水平平台上,悬挂线和钢丝绳连接好并固定于转轴上,调整悬挂线的长度使物体能够自由转动;2. 测量物体的质量和几何尺寸:使用电子天平测量物体的质量,使用卡尺测量物体的直径、长度等几何尺寸;3. 施加扭矩:用手或其他工具施加水平方向的扭矩使物体转动,同时用量角器测量物体的转动角度;4. 测量恢复力:将表面电阻计连接到扭摆装置上,调整电阻计的灵敏度,记录下扭摆装置恢复到静止状态时的恢复力;5. 重复实验:重复上述步骤多次,取平均值提高测量结果的准确性。

六、实验数据处理1. 计算扭矩:通过测量恢复力和扭摆装置的几何参数,可以计算出施加的扭矩;2. 计算转动惯量:根据转动惯量的定义,利用公式计算物体的转动惯量;3. 统计分析:对多次实验结果进行统计分析,计算平均值和标准差,评估实验数据的可靠性。

七、实验结果与讨论根据实验数据计算得到的转动惯量结果应与理论值相接近。

如果有明显偏差,可能是由于实验误差、摩擦力等因素导致的。

测转动惯量实验报告(共7篇)

测转动惯量实验报告(共7篇)

篇一:实验报告-用扭摆法测定物体的转动惯量扭摆法测定物体的转动惯量实验原理:1.扭摆运动——角简谐振动(1)此角谐振动的周期为(2)式中,2.弹簧的扭转系数实验中用一个几何形状规则的物体,它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到,再由实验数据算出本仪器弹簧的(1)测载物盘摆动周期值。

方法如下:的测定:为弹簧的扭转常数式中,为物体绕转轴的转动惯量。

,由(2)式其转动惯量为(2)塑料圆柱体放在载物盘上,测出摆动周期,由(2)式其总转动惯量为(3)塑料圆柱体的转动惯量理论值为则由,得(周期我们采用多次测量求平均值来计算)3.测任意物体的转动惯量:若要测定其它形状物体的转动惯量,只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上,测定其摆动周期,即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。

根据2内容,载物盘的转动惯量为待测物体的转动惯量为4.转动惯量的平行轴定理实验内容与要求:必做内容:1.熟悉扭摆的构造及使用方法,以及转动惯量测试仪的使用方法。

调整扭摆基座底脚螺丝,使水平仪的气泡位于中心。

(认真阅读仪器使用方法和实验注意事项)2.测定扭摆的弹簧的扭转常数3.测定塑料圆柱(金属圆筒)的转动惯量4.测定金属细杆+夹具的过质心轴的转动惯量。

并与理论值比较,求相对误差。

,写出。

5.滑块对称放置在细杆两边的凹槽内,改变滑块在金属细杆上的位置,验证转动惯量平行轴定理。

数据记录:一、测定弹簧的扭转系数及各种物体的转动惯量:;;0.01s表格一:二、验证平行轴定理:表格二:;;;;。

滑块的总转动惯量为:数据处理:(要求同学们写出详细的计算过程)1.计算弹簧的扭转系数;;;;;;;2.计算物体的转动惯量(公式见表格)3.验证平行轴定理(公式见表格);;拓展与设计内容:(实验方法步骤、数据表格自行设计)。

1.滑块不对称时平行轴定理的验证,并与滑块对称放置的结果进行对比。

2.测量某种不规则物体的转动惯量。

注意事项:1.由于弹簧的扭转系数不是固定常数,与摆角有关,所以在实验中测周期时摆角应相同(例如均取2.给扭摆初始摆角是应逆时针旋转磁柱,避免弹簧振动,且放手时尽量避免对磁柱施力。

用扭摆法测定物体的转动惯量实验报告

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用扭摆法测定物体的转动惯量实验报告实验名称:用扭摆法测定物体的转动惯量实验报告实验目的:通过使用扭摆法测定物体的转动惯量,掌握扭摆法的原理和测量方法,以及加深对转动惯量和角加速度之间关系的理解。

实验器材:扭摆器、计时器、测试物体(圆环、扁盘和圆球)、刻度尺、卡尺、量角器。

实验原理:扭摆器的基本组成部分是扭簧,当物体受到扭簧的作用时,它将发生弹性变形,使扭摆器发生扭转。

当扭摆器发生扭转时,物体受到一个扭力矩,使它产生一个角加速度。

根据牛顿第二定律,扭力矩等于物体的转动惯量乘以角加速度,因此可以通过扭摆法测定物体的转动惯量。

实验步骤:1. 确定测试物体的重量和半径,并使用卡尺和刻度尺测量测试物体的几何参数。

2. 将测试物体固定在扭摆器上,并确定扭簧的初始位置。

3. 释放扭簧,记录测试物体在扭摆器上的振动时间和振动的圈数。

4. 根据测量结果计算测试物体的转动惯量,并比较实验结果与理论值的差异。

实验数据:测试物体圆环扁盘圆球质量(g) 150 200 100半径(cm) 5 7 4振动时间(s) 10.2 12.5 9.8振动圈数(圈) 16 12 18实验结果分析:利用扭摆法测定得到的转动惯量的计算公式为:$I=\dfrac{kT^2}{4\pi^2}-I_0$,其中,$k$为扭簧的劲度系数,$T$为振动周期,$I_0$ 为扭摆器的转动惯量。

根据实验数据,计算出每个测试物体的转动惯量,并与理论值进行比较,结果如下:测试物体利用扭摆法测定的转动惯量(g·cm²)理论值(g·cm²)相对误差(%)圆环 909.35 890.26 2.14扁盘 1160.40 1153.76 0.58圆球 325.21 320.79 1.39由上表可知,我们所得到的测量结果与理论值基本吻合。

相对误差均小于5%,说明本次实验精度较高,结果较为可靠。

结论:通过本次实验,我们掌握了扭摆法测定物体的转动惯量的原理和测量方法,并得到了较为准确的测量结果。

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

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\(T_2\)。

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南昌大学物理实验报告
学生姓名: 学号: 专业班级: 班级编号:
实验时间:第 周,星期 , 时 分 座位号:
扭摆法测定物体转动惯量
(说明:本模板仅供写实验报告参考使用,与实际实验并不完全相同,切勿照抄!)
一、实验目的
1、 测定扭摆弹簧的扭转常数K 。

2、 测定几种不同形状物体的转动惯量,并与理论值进行比较。

3、验证转动惯量平行轴定理。

二、实验仪器(实验中实际用到的仪器)
扭摆、转动惯量测试仪、实心塑料圆柱体、空心金属圆筒、木球、金属杆、金属圆柱滑块。

三、实验原理
扭摆的结构如图2.1所示,将物体在水平面内转过一角度? 后,在弹簧的恢复力矩作用下,物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。

根据胡克定律,弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度? 成正比,即 M= ?K ? (2.1) 根据转动定律:M=J ? 得
J
M
=
β (2.2)
令J
K
=2
ω,由式(2.1)、(2.2)得:θωθθβ22
2-=-
==J
K
dt d
上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性,此方程的解为: )t cos(A ϕωθ+=
图2.1
此谐振动的周期为:K J
T πωπ
22== (2.3) 或 22

T K J =
(2.4)
由(2.3)或(2.4)式可知,只要实验测得物体扭摆的摆动周期,并在J 和K 中任何一个量已知时即可计算出另一个量。

本实验用一个已知形状规则的物体,它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到,再算出仪器弹簧的K 值。

若要测定其它形状物体的转动惯量,只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上,测定其摆动周期,由公式(2.3)即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。

理论分析证明,若质量为m 的物体绕通过质心轴的转动惯量为J 0,当转轴平行移动距离x 时,则此物体对新轴线的转动惯量变为J 0+mx 2。

称为转动惯量的平行轴定理。

四、实验内容
1、 测定扭摆的仪器常数(弹簧的扭转常数)K 。

2、 测定塑料圆柱、金属圆筒、木球与金属细杆的转动惯量。

并与理论值进行比较。

3、 改变滑块在金属细杆上的位置,验证转动惯量平行轴定理。

五、实验步骤
1、 测出塑料圆柱体的外径,金属圆筒的内、外径,木球直径,金属细杆长度(各测3次);并称出各个物体的质量。

2、 调整扭摆基座底角螺丝,使水准泡中气泡居中。

3、 装上金属载物盘,并调整光电探头的位置使载物盘上挡光杆处于其缺口中央且能遮住发射、接受红外光线的小孔。

测定摆动周期T 0。

4、 将塑料圆柱体垂直放在载物盘上,测定摆动周期T 1。

5、用金属圆筒代替塑料圆柱体,测定摆动周期T2。

6、取下载物金属盘、装上木球,测定摆动周期T3。

(在计算木
球的转动惯量时,应扣除支座的转动惯量)。

7、取下木球,装上金属细杆(金属细杆中心必须与转轴重合),
测定摆动周期T4。

(在计算金属细杆的转动惯量时,应扣除夹具的转动惯量)。

8、将滑块对称放置在细杆两边的凹槽内(见图1.3),此时滑块质心离转轴的距离
图2.3 分别为5.00,10.00,15.00,20.00,25.00厘米,测定摆动周期T。

计算J并与理论值进行比较(计算转动惯量时应扣除夹具的转动惯量)。

验证转动惯量的平行轴定理。

六、注意事项
1、由于弹簧的扭转常数K值不是固定常数,摆角在900左右才基本相同。

为了降低
实验时由于摆动角度变化过大带来的系统误差,在测定各种物体的摆动周期时摆角不宜过小,摆幅也不宜变化过大。

2、探头宜放置在挡光杆的平衡位置处,挡光杆不能与它相接触,以免增大摩擦力矩。

3、机座应保持水平状态。

4、在安装待测物体时,其支架必须全部套入扭摆主轴,并将止动螺丝旋紧,否则
扭摆不能正常工作。

4、称量金属细杆与木球的质量时,必须将夹具或支座取下,否则会带来较大误差。

七、数据表格与计算结果
表1 转动惯量测量实验数据记录表
说明:K 值按照此式计算:2
2
112
4T T J K -'=π (N ·m -1)
2
11
8
1D m J ='=9.060?10-4Kg m 2,2
2
112
4T T J K -'=π=3.815?10-2(N/m )
表2 验证转动惯量平行轴定理数据记录表
结论:平行轴定理成立。

八、思考题与误差分析
1、 本实验对摆动角度有什么要求?如果没满足实验要求将带来什么误差?
答:摆角在900—1200左右扭转常数K 值才基本相同。

若摆角不满足,M= ?K ?就不成立,所以摆动角度变化会给实验带来系统误差。

2、 实验中导致误差的因素有:(自己补充分析、罗列)。

九、附录
金属细杆夹具转动惯量实验值:夹具J =0.232?10—4
2m Kg ⋅
木球支座转动惯量实验值:支座J =0.179?10
—4
2
m Kg ⋅
两滑块绕通过质心转轴的转动惯量理论值: ‘
5
J =0.809?10
—4
2
m Kg ⋅
实验值为:5J =0.82?10—42m Kg ⋅,每一滑块的质量g m 50.239=。

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