1 實驗儀器清單
1.1 扭擺、計數器、游標卡尺、天平;待測樣品:小圓柱體、球、金屬桿和滑塊。
2 實驗內容和教學要求
2.1 測定圓柱體的轉動慣量i0:先用游標卡尺測出小圓柱體的直徑(重複6次),用天平稱出質量(1次);再用公式算出圓柱體的轉動慣量並求出相應的不確定度。
2.2 測定扭擺的扭轉常數k:先調扭擺水平,然後測出載物盤空載時的週期t1(20t1)以及加上小圓柱體時的週期t2(20t2)6次;再用公式求出k及其不確定度。
2.3 應用扭轉常數測定球體的轉動慣量i球:測出球體轉動的週期t3(20t3)6次,用公式計算i球和它的不確定度。
2.4 驗證轉動慣量平行軸定理中的剛體的轉動慣量與距離的平方之間的關係
2.4.1 裝上金屬細桿(金屬細桿中心必須與轉軸重合,螺絲要落在凹槽內),測定擺動週期t杆(10t杆)1次;
2.4.2 將滑塊對稱放置在細桿兩邊的凹槽內,此時滑塊質心離轉軸的距離x分別為5.
00,10.00,15.00 ,20.
00,25.00cm,測定擺週期tx(10tx)1次,驗證轉動慣量平行軸定理中的剛體的轉動慣量與距離的平方之間的關係。計算轉動慣量時,應扣除支架的轉動慣量。
2.4.3 用圖示法處理資料(不必計算不確定度)。
3 重點與難點
3.1 重點:掌握用扭擺測量轉動慣量的方法;
3.2 難點:計數器的使用以及k的不確定度的計算。
4 難點指導
4.1 計數器的使用方法:
4.1.1 開啟電源,欽「測週期」的按鍵;
4.1.2 欽「計數」的按鍵,屏上顯示預設「0101」,說明可以設定資料了;
4.1.3 欽「退格」的按鍵,屏上顯示某乙個數字閃動,說明這一位數字可以調整;
4.1.4 欽「▲」鍵,或者「▼」鍵調整該位數字的大小;
4.1.5 設定完所要求的資料後,欽「計數」鍵,計數器設定完成;
4.1.6 當檔光桿通過光電門時它就開始計數了。
4.1.7 欽「復位」鍵,再次設定,重複4.1.2—4.1.6。
4.2 資料處理
4.2.1 資料記錄
表1 測定扭轉常數和球體轉動慣量
表2 驗證轉動慣量與距離平方的關係
4.2.2 在資料處理時首先要把公式中的t0轉化為t0,如;計算k的不確定度時,應先算的不確定度:
4.2.3 資料處理要求
4.2.3.1 用三線表記錄資料;
4.2.3.2 計算扭轉常數k及不確定度;
4.2.3.3 計算球體轉動慣量及不確定度;
4.2.3.4 計算金屬細桿及滑塊在細桿不同位置的轉動慣量並作出i-x2的關係曲線。
5 相關的實驗資料
5.1 各種儀器的誤差限:質量的δm=0.05g;游標卡尺的δm=0.002cm;計數器的δm=0.05s。
5.2 各種不確定度的演算法:;;;
5.3 ;。
6 補充的思考題
6.1 由於彈簧的扭轉常數k值不是固定常數,它與擺動角度略有關係,那麼我們應怎樣擺動的角度和擺動的週期數才比較合適呢?
7 實驗報告書寫綱要
7.1 實驗目的
7.2 實驗原理
7.2.1.1 實驗儀器
7.2.1.2 實驗原理與方法(注意:包括公式、原理圖等)
7.2.1.3 簡要的實驗步驟及注意事項
7.3 資料處理
注意:計算s和平均值時不需寫過程,但計算i、k和e等時應把過程寫出來。
7.4 實驗結果
7.5 討論
應把實驗結果結合實驗方法和實驗中出現的問題結合起來討論。
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