标题 | 测定均匀细杆转动惯量的实验设计 |
范文 | 张清 摘 要:本文利用双线悬置法测定均匀细杆的转动惯量。采用周期测定仪与光电门相结合的计时方法取代传统的秒表计时。通过实验设计,得出较为准确的实验数据,并与理论计算值相比较,进行误差分析,说明该实验设计方法简单易行,测量结果更为准确。 关键词:均匀细杆;转动惯量;双线法 中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2017)9-0054-3 1 引 言 测定刚体转动惯量的实验是大学物理实验中的基本实验之一。在大学物理实验中,测量刚体转动惯量的实验很多,如扭摆法、落体法、三线摆法等。其中,大多数的实验方法是对均质圆盘的转动惯量加以测定。为了较为准确地测定均匀细杆的转动惯量,本文设计了双线悬置法测量均匀细杆的转动惯量。 2 双线悬置法测量转动惯量实验的设计 2.1 实验仪器与装置 所需仪器:双线摆(物理支架、细线、均匀细杆)、光电门、周期测定仪、物理天平、胶带纸、米尺、遮光片等。 如图1所示,将长为L的两根相等的悬线挂在已经调平的支架上,使两悬线的固定点相距为d,悬线下端悬空固定一根均匀细杆,这样就构成了测定均质细杆转动惯量的装置——双线摆,并在均匀细杆的一端附着一个质量可忽略的微型挡光片,便于周期测定仪测定其摆动周期。 2.2 实验原理分析 3 双线悬置法的调试和测量 1.用物理天平测出均匀细杆的质量m,然后用米尺测出细杆的长度l,精确到小数点后两位小数。 2.将物理支架调至水平,调节细线,为使两线上的张力相等,实验要求细线两固定点相对于均匀细杆中心对称,用米尺测出两条悬线的长度L,两线间的距离d,均精确到0.1 mm。 3.将光电门放置在物理支架旁边,使其位置与均匀细杆在一条直线上。调节光电门到合适的位置,并将光电门连接到周期测定仪,调节摆动次数为20次,时间精确度为0.01 s。 4.使细杆绕其中心偏转一个小角度θ,松手后细杆在平衡位置附近做简谐振动,从周期测定仪读出时间。按上述过程重复三次测量。 5.改变两线间b的距离,分别将4个固定点对称地移动,每隔2 cm测量一次,每次移动后重新测量L与b的长度,避免由于移动而引起误差。重复以上步骤,选取16组数据进行讨论。 4 测量实验数据记录及处理(如表1) 利用计算机软件作出校准曲线图,表示双线悬置法测量周期的误差大小,如图3所示。由图可得:理论值曲线与测量值曲线吻合度较好,说明实验对每一个点的测量都很精确,实验误差很小。 5 主要实验误差分析 1.地球公转、自转导致地球磁场发生微小变化,导致重力加速度与我们通常所选取的一般值有一定的差别。 2.系统误差和偶然操作在实验中所造成的误差。测量质量时物理天平所产生的误差。在测量L、l、b时用米尺测量致使测量不够精确所产生的误差。 3.双线摆在摆动过程中摆动角度的偏差也会产生误差,通过计算当偏角为15°时,所得百分误差为9.45%。 6 实验结论 1.根据实际测量的数据,说明双线悬置法在设计思路上是可行的,都在实验所允许的误差范围之内。 2.在實验中比传统秒表记录周期更为准确。 综上所述,利用传统仪器,通过改进实验设计,用双线悬置法测定均匀细杆的转动惯量要更精确。 参考文献: [1]池红岩.关于扭摆法测转动惯量实验的改进[J].物理通报,2011(1):51-52. [2]邓锂强.刚体转动惯量实验仪的改装设计[J].广东石油化工学院学报,2013,23(6):23-28. [3]张国玺,丁俊.三线摆测量物体转动惯量实验方法的改进[J].周口师范学院学报,2014,31(5):31-35. (栏目编辑 王柏庐) |
随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台,免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。