三線擺設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

探究擺長(zhǎng)對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹框?yàn)證三線擺擺長(zhǎng)為50厘米左右時(shí)測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量誤差最小【實(shí)驗(yàn)原理】剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是理論力學(xué)中一個(gè)基本物理量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng)中慣性大小的物理量，它與剛體的質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸位置有關(guān)。正確測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在工程技術(shù)中有著十分重要的意義。其在工業(yè)制造及產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有著重要意義。依照機(jī)械能守恒定律，如果扭角足夠小，懸盤(pán)的運(yùn)動(dòng)可以看成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，結(jié)合有關(guān)幾何關(guān)系得如下公式：懸盤(pán)空載時(shí)繞中心軸作扭擺時(shí)得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（1）其中是圓盤(pán)質(zhì)量；是重力加速度（）；、分別指上下圓盤(pán)中心的到各懸線點(diǎn)的距離；是上下圓盤(pán)之間的距離；是圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)周期。懸盤(pán)上放質(zhì)量為圓環(huán)，其質(zhì)心落在中心軸，懸盤(pán)和圓環(huán)對(duì)于中心軸共同的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（2）其中各量與(1)中相對(duì)應(yīng)。將式(2)變形可得質(zhì)量為圓環(huán)對(duì)中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：【實(shí)驗(yàn)儀器】杭州富陽(yáng)精科儀器有限公司生產(chǎn)的FB210型三線擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀；其他儀器有米尺、游標(biāo)卡尺、物理天平等。【實(shí)驗(yàn)步驟】實(shí)驗(yàn)采用三線擺測(cè)定圓環(huán)對(duì)通過(guò)其質(zhì)心切垂直于環(huán)面軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。實(shí)驗(yàn)步驟要點(diǎn)如下：調(diào)整三線擺裝置調(diào)整三線擺懸線的長(zhǎng)度為40cm，利用上圓盤(pán)上的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，使三懸線等長(zhǎng)，并固定緊定螺釘。觀察下圓盤(pán)中心的水準(zhǔn)器，并調(diào)節(jié)底板上三個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，使下圓盤(pán)處于水平狀態(tài)。調(diào)整底板左上方的光電傳感接收裝置，使下圓盤(pán)邊上的擋光桿能自由往返通過(guò)光電門(mén)槽口。2、測(cè)量周期T0和T1(1)將光電傳感接收裝置與測(cè)試儀用專(zhuān)用導(dǎo)線連接，再設(shè)定計(jì)數(shù)次數(shù)，方法為按“置數(shù)”鍵后，再按“下調(diào)”或“上調(diào)”鍵調(diào)至所需的次數(shù)，再按“置數(shù)”鍵確定。下圓盤(pán)處于靜止?fàn)顟B(tài)，撥動(dòng)上圓盤(pán)的“轉(zhuǎn)動(dòng)手柄”，將上圓盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度（5度左右），帶動(dòng)圓盤(pán)繞中心軸作微小扭擺運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)數(shù)次后，按測(cè)試儀上的“執(zhí)行”鍵，光電門(mén)開(kāi)始計(jì)數(shù)（同時(shí)狀態(tài)顯示燈閃爍）。到給定的次數(shù)后，狀態(tài)顯示燈停止閃爍，此時(shí)測(cè)試儀顯示的計(jì)數(shù)為總的時(shí)間t0，從而得到擺動(dòng)周期T0=t0/擺動(dòng)次數(shù)。如此測(cè)5次，取平均值。進(jìn)行下一次測(cè)量時(shí)，測(cè)試儀先按“返回”鍵。將圓環(huán)放在下圓盤(pán)上，使兩者的中心軸線相重疊，測(cè)定擺動(dòng)周期T1調(diào)整三線擺懸線的長(zhǎng)度為45cm、50cm、55cm、60cm，重復(fù)上述1、2步驟。測(cè)出上下圓盤(pán)三懸點(diǎn)之間的距離a和b，然后再算出懸點(diǎn)到中心的距離r和R（等邊三角形外接圓半徑）。用米尺測(cè)出上下兩圓盤(pán)之間的垂直距離H0，用物理天平稱出圓環(huán)的質(zhì)量m5、記錄各測(cè)量數(shù)據(jù)。【數(shù)據(jù)處理】1．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄±cm，±cmH0=±cm，下盤(pán)質(zhì)量m0=±g待測(cè)圓環(huán)質(zhì)量m=±g累積法測(cè)周期數(shù)據(jù)記錄參考表擺50次所需時(shí)間擺長(zhǎng)（cm）（s）12345平均時(shí)間平均周期48未放待測(cè)圓環(huán)T01=s放待測(cè)圓環(huán)T11=±s49未放待測(cè)圓環(huán)T02=s放待測(cè)圓環(huán)T12=±s50未放待測(cè)圓環(huán)T03=s放待測(cè)圓環(huán)T13=±s51未放待測(cè)圓環(huán)T04=s放待測(cè)圓環(huán)T14=±s52未放待測(cè)圓環(huán)T05=s放待測(cè)圓環(huán)T15=±