实验内容与步骤
实验采用三线摆测定圆环对通过其质心且垂直于环面轴的转动惯量,并用三线摆的测量结果来验证平行轴定理。
实验步骤要点如下:
(1)调整三线摆装置
①先观察上圆盘上的水准器,调节底板上3个调节螺钉,使上圆盘处于水平状态。
②利用上圆盘上的3个调节螺钉,观察下圆盘中心的水准器,把下圆盘调到水平状态。这时候三悬线必然等长,固定紧定螺钉。用米尺测量出悬线的长度。
③适当调整光电传感器安装位置,使下圆盘边上的挡光杆能自由往返通过光电门槽口。
(2)测量周期T0和T1、Tx
①接通FB213A型数显计时计数毫秒仪的电源,把光电接收装置与毫秒仪连接。合上毫秒仪电源开关,预置“摆动”周期,测量次数为20(N次),也可根据实验需要从1~99次任意设置。
②设置计数次数时,可分别按“置数”键的十位或个位按钮进行调节(注意数字调节只能按进位操作),设置完成后自动保持设置值,直到再次改变设置为止。
③在下圆盘处于静止状态下,拨动上圆盘的“转动手柄”,将上圆盘转过一个小角度(5°左右),带动下圆盘绕中心轴OO′作微小扭摆运动。摆动若干次后,按毫秒仪上的“执行”键,毫秒仪开始计时,每计量一个周期,周期显示数值自动逐1递减,直到递减为0时,计时结束,毫秒仪显示出累计20个(N个)周期的时间(说明:毫秒仪计时范围:0~99.999 s,分辨率为1 ms)重复以上测量5次,将数据记录到表3.3中。如此测5次,进行下一次测量时,测试仪要先按“返回”键。
④将圆环放在下圆盘上,使两者的中心轴线相重叠,按③的方法测定摆动周期T1。
⑤将两小圆柱体对称放置在下圆盘上,用上述同样方法测定摆动周期Tx。
⑥测出上下圆盘三悬点之间的距离a和b,然后算出悬点到中心的距离r和R(等边三角形外接圆半径)。
⑦其他物理量的测量:用米尺测出上下两圆盘之间的垂直距离H0和放置两小圆柱体小孔间距2x;用游标卡尺量出待测圆环的内、外径2R1、2R2和小圆柱体的直径2Rx。记录各刚体的质量。(https://www.daowen.com)
(3)数据记录
①实验数据记录:记录并计算以下物理量的数值,并完成表3.3—表3.5。

表3.3 累积法测周期数据记录表格

表3.4 有关长度多次测量数据记录表格

表3.5 平行轴定理验证数据记录表格

②待测圆环测量结果的计算,并与理论计算值比较,求相对误差并进行讨论。已知理想圆环绕中心轴转动惯量的计算公式为:

③求出圆柱体绕自身轴的转动惯量,并与理论计算值:

将圆柱体绕向自身轴的转动惯量与理论计算值相比较,验证平行轴定理。