实验4 用三线摆测刚体的转动惯量

实验4  用三线摆测刚体的转动惯量 [教学目的] 1、在实验中加深对转动惯量概念的理解。 2、学会用三线摆测刚体的转动惯量。 3、验证转动惯量的平行轴定律。 [教学重点]  实验原理 [实验难点]  如何正确测量周期 [教学手段]  多媒体 [教学方法]  指导讲解 [实验仪器] 三线摆实验仪   气泡水准仪     游标卡尺     电子秒     圆环    [教学过程] 一、实验简介 转动惯量是描述刚体在转动中的惯性的物理量，转动惯量大，保持原有转动状态的惯性大，反之，保持原由转动状态的惯性小。转动惯量跟刚体的质量分布，几何形状及转轴的位置有关。对于形状简单规则、质量均匀的刚体，可以推导出计算公式，而对于形状复杂、质量分布不均匀的刚体的转动惯量，可以用不同的实验方法测得，本实验用三线摆测刚体的转动惯量。 二、实验原理 1、  介绍三线摆装置示意图  （出示实物图片和实物） 一匀质圆盘用等长的三条线悬挂在一个水平固定的小圆盘下面，上圆盘圆心固定，转动上圆盘可带动下圆盘绕两盘的中心轴线转动。 2、  测量式推导： 机械能守恒定律有： （1） （介绍式中各符号的物理意义） 有几何关系知： 由于 所以 ，摆角 很小时， 故  （2）  （介绍式中各符号物理意义） （2）式为刚体绕几何中心轴线转动惯量的测量公式。         成立条件是： 很小（ ，三线等长，张力相等，上下盘水平。 当把一质量为 的刚体放置在下圆盘上时，由公式（2）可以测量 和下圆盘绕几何中心轴线的转动惯量为： （3）         二、[实验内容与步骤] 1、  调整仪器：利用铅垂线和气泡水准器，调节三线摆，使三线等长，上下盘水平。 2、  用直尺测：上下盘间距。（3次） 3、用游标卡尺测量：（3次）  (提问：游标卡尺读数及使用) ⑴ 上下盘两悬点间距（a， b）用几何法求r  R；  ⑵ 下盘直径D 4、刚体的质量由实验室提供。 5、刚体摆动周期的测量： 1）按使下圆盘摆动，用秒表测50个周期，测5次。 2）把圆环放在下圆盘上，用秒表测圆环和下圆盘一起摆动的50个周期，测50次。 三、[数据处理与分析] 1、刚体绕自身几何中心轴转动惯量理论值的计算公式： 圆盘：    （ 为圆盘的直径） 圆环： （ 为圆环内径， 为圆环外径 2、用公式（2）、（3）计算下圆盘、圆环的转动惯量。 3  计算各刚体转动惯量的百分误差。 四、[注意事项] 1、圆盘应尽可能消除摆动之外的振动。 2、防止游标卡尺的刀口割坏悬线。 五、[分析讨论题] 如何测量任意形状的刚体绕特定轴的转动惯量？ 教学后记：