刚体转动惯量的测量_评分标准
1、“用刚体转动惯量仪测定刚体转动惯量”评分标准第一部分：预习报告（20分）一. 实验目的1 掌握使用转动惯量仪检验刚体的刚体转动定律。2学会测定圆盘的转动惯量和摩擦力矩。3学会一种处理实验数据的方法作图法（曲线改直法）。二. 实验仪器刚体转动惯量仪、通用电脑毫秒计、水准仪、游标尺、 砝码等三. 实验原理1. 转动定律2 .单角度设置法（W。=0），测量刚体的转动惯量和摩擦力矩，曲线改直法应用;*3 双角度设置法，测量刚体的转动惯量和摩擦力矩；*4 .验证平行轴定理四. 实验内容及步骤1. 单角度设置法（Wo =0），测量刚体的转动惯量和摩擦力矩；2双角度设置法，测量刚体的转动惯量和摩擦力矩。第二
2、部分：数据采集与实验操作（40分）有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题刚体转动惯量的测量_评分标准，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）;有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）;动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有违规操作（0-20分）。操作要点：1 .拉线要与绕线塔轮水平，且相切。2. 单角度设置法中要确保初角速度为零，即W0 =0 ;第三部分：数据记录与数据处理（30分）数据处理要求：1.原始数据需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；2测量塔轮
3、半径r，刚体圆盘质量 M盘，刚体圆盘直径 R盘；设置系统转动角度 二；3 使用作图法（曲线改直）处理单角度设置法的数据：1）作图时要有清楚标注，如空载图还是载荷图，坐标轴是否有标注，数据是否齐全，比例 是否合适等；2）由图可得，空载时的截距 Co和斜率K。；载荷时的截距C和斜率K ；3）计算空载时系统的 Jo，载荷时系统的J，得到刚体圆盘转动惯量 Jx ；4）计算刚体圆盘理论值 Jx理，并与上述实验值作比较；5） 计算系统空载和载荷时的摩擦力矩M .0、M山并作比较。4 根据公式处理双角度设置法的数据：1） 根据公式，计算系统空载时飞、,，以及载荷时的1、；1为有恒外力矩（绕线上挂有固定质量砝
4、码）时的角加速度，丁为无外力矩（绕线上没有挂砝码）时的角加速度；2） 根据公式，计算空载时系统的J。转动惯量 仪器，载荷时系统的J，得到刚体圆盘转动惯量 Jx ；3）计算刚体圆盘理论值 Jx理，并与上述实验值作比较；4）计算系统相应的摩擦力矩 M II测量结果参考值：1 基本数据测量：铝质圆盘直径：D盘=（240.00 士 0.05） mm砝码质量：（5.00 _ 0.05） g圆盘质量：M盘=482g2 单角度设置法数据记录与处理：1）空载数据记录：v - (N -1)2專=10二(取N =6) , r = 3.000cm , M盘二0m(g)t(s)t-2t丄t204.9794.9994.9894.98
5、924.89010.0402254.4654.4324.4684.45519.84700.0504304.0493.9983.9984.01516.12020.0620353.6943.6593.6863.68013.54240.0738403.3893.3933.4083.39711.53960.0867453.2223.2083.2183.21610.34260.0967503.0433.0073.0533.0349.20510.1086552.8362.8772.8932.8659.2082一2）载荷数据记录:v - (N -1)2禦=10二(取N =6) r = 3.000cm M =
6、428gm(g)t(s)t_2t1 t207.9377.9897.9057.94463.10180.0158257.0077.0287.0037.01349.17750.0203306.3656.3456.3966.36940.55990.0246355.8735.8665.8915.87734.53520.0290405.4815.4585.4795.47329.95000.0334455.1515.1565.1575.15526.57060.0376504.8734.8924.8894.88523.85990.0419555.6854.6674.6314.66121.72490.04603
7、）.作图法数据处理：1m 曲线（直线图）（略）t2由图可知转动惯量 仪器，空载时：C。丿、0 =2.50g= M o =7.35 10，(N m) gr2= J。，2K0- =0.437二 J0 =2.089 10 (kg m2)gr由图可知，载荷时：M卩/C2.50g 二 M a = 7.35 10 (N m)grJa 2K1.13二 J =5.40 10 (kg m2)gr计算可得：Jx =J - Jo =3.31 10“(kg m2)1 理MR0.482 (0.24000) =3.47 10 (kg m )2 2 2J x J x 理Ej =00%=4.6%J x理* 3 双角度设置法
8、数据记录与处理(略)* 4 .验证平行轴定理(略)第四部分：思考题 (10分)1. 实验中产生误差的主要因素有哪些？a. w0 =0，即-0产生的误差对实验结果影响很大。b. 拉线不水平(塔轮与定滑轮之间的拉线)，定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直。c. 实验中拉线的张力 T,应是T二m(g - a)，忽略了 a 。d. 绕线的粗细、质量。2. 本实验中拉线的张力 T,应是T =m(g - a)，忽略了砝码的加速度a,这将会使转动惯量的测量结果偏大还是偏小？为什么？由转动定律：Tr-=m( g - a)r - M A - J :m(g -a)r - M jJ 二,/ mgr M u当忽略了 a.时
9、，J J .所以偏大。3. 在本实验中，如果塔轮和定滑轮之间的拉线不呈水平状态，定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直，这将会使转动惯量的测量结果偏大还是偏小？为什么？偏大。简要解释为：由于不水平，不垂直，导致分力作用在塔轮上，Trcosr，而我们并没有考虑COS V。所以偏大。4. 若所求出的摩擦力矩 M .1为负值，试分析产生的原因，并作出合理的推断，若有兴趣请 设计出实验方案加以验证。比实际大出的量不可忽略时,可得出M0的结果。由于实验设计的简化，如没有考虑绕线的粗细和弹性，且绕线并非每次都是水平缠绕而形成圆形(也可能是斜绕形成椭圆)等，从而导致M .1的测量值会小于真实值，而M .i的真实值是
10、一个较小的量，从而很可能测出一个负值。可查阅文献：徐荣历，物理实验1995.15.(6)出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣 不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光 先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其 刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚 以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益
11、。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦b2b，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也； 亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。 先帝在时, 每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣， 愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也 .P。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于 败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效发发库Sitemaps，以伤先帝之 明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝， 攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽 忠言，则攸之、祎、允之任也。愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责 攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。 臣不胜受恩感激。今当远离，临表涕零，不知所言。
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