2014理论力学实验指导

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理论力学实验指书(定稿)

2．假如原始偏转角过大，对实验结果有何影响？
实验四非均质复杂物体转动惯量的测定
一、实验目的：
1．通过实验加深对转动惯量的理解；
2．掌握用等效方法求非均质摇臂的转动惯量；
3．了解等效原理的应用。
二、实验仪器和设备：
1．ZME—1理论力学多功能实验装置；
2．薄质圆盘“三线摆”2个；
3．不规则物体（发动机摇臂）1个；
四、实验方法和步骤：
1．拧松实验台右边的转轮锁紧开关，摇动手轮，将右边的一个圆盘往下放；
2．用水平尺测量摆线长，使圆盘下降至线长为30cm处，锁紧手轮；
3．给圆盘一个微小的摆角（小于6度），自然释放。用秒表测取10个摆动周期
的时间，并记录；
4．再使圆盘下降10cm，重复上述步骤3；
5．重复上述步骤3和4，直至摆线长为60cm位置。
六、注意事项：
1．不规则物体的轴心应与圆盘的中心重合；
2．三线摆的原始偏转角应小于或等于6度角；
3．两个三线摆的摆线长度应一致；
4．实际测试时，三线摆不应有较大幅度的平动。
七、思考题：
1．如果不规则物体的轴心与圆盘的中心不重合，将对测量误差有何影响？
2．如果不规则物体的轴心与其本身的重心不重合，将对测量误差有何影响？
把磅秤和支架放在台上把连杆的一端放在支架上另一端放在磅秤上使连杆的曲轴中心对准中心位置并利用积木块调节连杆两端的高度使它呈水平记录此时磅秤的读数
理论力学
实验指导书
机械工程系
余江沈小云编
广东海洋大学
2007年4月
前言
科学和经济的发展，市场经济体系的建立，人才聘用的市场化，都对大学生的实际能力提出了很高的要求。培养和训练大学生的分析问题、解决问题的能力，培养和训练大学生的实践动手能力，是课程建设和课程教学的基本目标，为此，我们突破长期以来《理论力学》课程教学无实验的状态，初步建设了理论力学实验室，开展了《理论力学》实践教学活动。

2014高考物理终极猜想：力学实验(一).pdf

2014高考物理终极猜想：力学实验(一) 命题老师寄语力学实验是高考中必考内容，主要考查利用打点计时器得到的纸带数据求速度和加速度以及实验原理．为了训练方便，我们把力学实验分成力学实验(一)和力学实验(二)两部分，每部分设置六个题目．【题组1】　纸带数据的处理 1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，记录小车做匀变速直线运动的纸带如图1所示，在纸带上选择清晰的点并标注为0～5六个计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出．纸带旁并排放着带有最小刻度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐．由图可以读出1,3,5三个计数点跟“0”点的距离d1，d3，d5，请将测量值填入下表中．图1 距离d1d3d5测量值/cm通过计算可求得小车通过计数点“2”的瞬时速度为____m/s；通过计数点“4”的瞬时速度为________m/s；小车的加速度是________m/s2. 解析　根据刻度尺的读数方法知，d1＝1.20 cm，d3＝5.40 cm，d5＝12.00 cm.则：v2＝＝0.21 m/s， v4＝＝0.33 m/s，a＝＝0.60 m/s2. 答案　1.20 cm　5.40 cm　12.00 cm　0.21　0.33　0.60 2．请将下列实验步骤或结果补充完整：在“研究弹簧形变与外力关系的实验”中，取一待测弹簧，将弹簧自由悬挂测出其长度，在其下端竖直悬挂钩码，稳定后测出弹簧的长度，并记录________________．改变钩码个数，重复上述步骤．某同学在如图2所示的坐标系中，根据外力F与弹簧形变x的数据标出了五个点．请你在图中描绘出相应的F—x图象，根据图象求出弹簧的劲度系数为______N/m.(保留两位有效数字) 图2 解析　由物体的平衡条件可知：钩码的重力等于弹簧的拉力；根据图象中点迹连线，由胡克定律可知：图线的斜率大小等于该弹簧的劲度系数，则k＝19 N/m. 答案　钩码个数(或钩码总质量、钩码总重量) F—x图线如图　19 3．在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝200 g的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图3所示．O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点．已知打点计时器每隔T＝0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2，那么图3 (1)计算B点瞬时速度时，甲同学用v＝2gsOB，乙同学用vB＝.其中所选择方法正确的是________(填“甲”或“乙”)同学． (2)同学丙想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力，为此他计算出纸带下落的加速度为________m/s2，从而计算出阻力f＝______N. (3)若同学丁不慎将上述纸带从OA之间扯断，他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的？________.(填“能”或“不能”) 解析　(1)由于纸带与限位孔之间有摩擦，故重物下落时的加速度小于重力加速度，利用vB＝计算B点瞬时速度的方法正确． (2)根据yBC－yAB＝aT2可得a＝9.5 m/s2，由牛顿第二定律可得mg－f＝ma，解得f＝0.06 N. (3)根据ΔEp＝ΔEk即重物重力势能的减少量等于其动能的增加量可知，能实现验证机械能守恒定律的目的．答案　(1)乙　(2)9.5　0.06　(3)能 4．“探究加速度与力、质量的关系”实验的原理如图4所示．图4 (1)实验所需的器材有：附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带和复写纸、低压学生电源、小车、砝码、小桶、沙子、细绳、________和________． (2)下列说法中正确的是________． A．平衡摩擦力时，要用细绳把装沙的小桶通过定滑轮拴在小车上 B．平衡摩擦力后，如果改变了小车上砝码的数量，应重新平衡摩擦力 C．要将小桶和沙子的总重力mg当做小车(质量为M)受到的细绳拉力，必须使Mm D．实验时应先接通电源再释放小车 (3)某学生保持小车及砝码的质量不变，测得5组小车加速度a和拉力F的数据如下表所示，请你根据表中的数据在如图5坐标纸上作出a—F图线．图5 F(N)0.200.300.400.500.60a(m/s2)0.100.210.290.32 0.49①该图线没有通过坐标原点的原因可能是________．该图线的斜率所表示的意义是________．解析　(1)测量长度时要用刻度尺，要知道小桶及沙子的质量，需要用天平． (2)平衡摩擦力以后，在后面的实验过程中，不需要再平衡摩擦力．要使小桶和沙子的总重力mg当做小车的拉力，应满足小车的质量M远远大于m.要能获得较多的纸带上的点，应先接通电源后释放小车． (3)aF图象如图所示．图象不过坐标原点的原因是实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．由牛顿第二定律知mg＝Ma[或mg＝(M＋m)a]，得a＝或a＝，易知，aF图线的斜率为或. 答案　(1)刻度尺　天平(带有一套砝码)　(2)CD (3)aF图线如图所示没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够小桶质量m(包括沙子质量)与小车质量M之和的倒数或小车质量M的倒数(两种结果写出任意一种均可) 【题组2】　实验原理的考查 5．在“用DIS研究加速度与力的关系”的学生实验中，实验装置图如图6所示．图6 (1)本实验采用了________传感器(填写传感器的种类)． (2)两位同学通过实验数据画出a－F图象(如图7a、b所示)，下列说法中正确的是( )． A．出现图a的主要原因可能是实验时轨道倾斜较大 B．出现图a的主要原因可能是小车和轨道间的摩擦力较大 C．出现图b的主要原因可能是实验时轨道倾斜较大 D．出现图b的主要原因可能是小车和轨道间的摩擦力较大图7 解析　(1)本题要通过小车的位移测出加速度，因而采用位移传感器．(2)出现图a的主要原因可能没有平衡摩擦力，或者平衡摩擦力不够导致摩擦力较大，影响实验结果；出现图b的主要原因是平衡摩擦力过度(倾斜较大)．选B、C. 答案　(1)位移　(2)BC 6．某物理探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，在实验室组装了一套如图8所示的装置，另外还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细砂．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：图8 (1)你认为还需要的实验器材有________． (2)实验时，为了保证滑块受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等，砂和砂桶的总质量应满足的实验条件是________，实验时为保证细线拉力为滑块的合外力首先要做的步骤是________________．(3)在(2)的基础上，用仪器称量滑块的质量M.往砂桶中装入适量的细砂，再用仪器称出此时砂和砂桶的总质量m.让砂桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L并计算这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)．则本实验最终要验证的数学表达式为________(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)．解析　(1)验证“动能定理”需要知道合外力所做的功，滑块动能的增加量，所以需要测量滑块及砂和砂桶质量，滑块速度，易知还需器材是天平，刻度尺． (2)由于砂桶同滑块一样做加速运动，应尽量减小加速度的大小，因此应满足砂和砂桶总质量远小于滑块质量．细线拉力为滑块合外力的条件是滑块所受摩擦力与自身重力的分力平衡，且细线与木板平行．(3)要验证的数学表达式就是动能定理的具体数学式．答案　(1)天平，刻度尺 (2)砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量细线与木板平行和平衡摩擦力 (3)mgL＝Mv－Mv 高考学习网：高考学习网：。

《理论力学》实验指导书

实验一求振动系统的刚度系数和固有频率一、实验目的：1、了解并掌握一维振动系统的刚度系数的测定；2、求取振动系统的固有频率；3、了解考虑弹簧质量时，对振动周期的影响并进行等效质量的计算。

二、实验设备和仪器1、TME—1理论力学多功能实验装置；2、100g砝码1个，200g砝码2个；3、砝码托盘一个；三、实验原理弹簧质量组成的振动系统，在弹簧的线性变形范围内，系统的变形和所受到的外力的大小成线性关系。

据此，施加不同的力，得到不同的变形，可以得到系统的刚度系数。

四、实验方法和步骤1、将砝码托盘钩挂在“弹簧质量系统”的塑料质量模型上2、记录此时塑料质量模型上指针所在的初始位置；3、将100g的砝码放置于砝码托盘上，读取指针的位置并做记录；4、按100g的增量变换砝码，直到砝码重量达500g，并记录相应的指针位置；5、在坐标上画出系统变形与砝码重量之间的关系曲线；6、计算振动系统的刚度系数和固有频率。

五、数据记录与处理12、系统固有频率的计算六、注意事项1、实验前，应通过调节弹簧固定端的调节螺栓使系统的模型保持水平；2、读数时眼睛应平视，以尽量减小读数误差；七、思考题1、在考虑弹簧质量的情况下，系统的等效质量是否等于塑料模型的质量加四根弹簧的质量？2、试分析系统的误差。

实验二、测定“空中输电线”模型的振幅与风速关系曲线一、实验目的1、了解风激励对空中输电线产生的振动响应,认识共振的危害性；2、了解模型的抽象结果；3、测取“空中输电线”模型的振动幅值与风激励速度之间的关系曲线二、实验仪器和设备1、TME—1理论力学多功能实验装置；2、“空中输电线”模型；3、调压器1只；4、风速仪1台；5、光电转速表1只。

三、实验原理“空中输电线”可以抽象为由弹簧和质量块组成的系统模型。

在风激励下，该系统将产生振动。

激励频率与风速有关，而系统振幅又与激励频率有关。

在不同的风速下，系统的振动频率是不同的。

当激励频率接近系统的固有频率时，系统将产生共振。

2014高考物理大二轮专题复习课件：力学实验

图4
专题九学案15
解析
(1)由表中给出的数据，在图象中进行描点，然后连线，
得到弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系如图．
本学案栏目开关
3.2 图象的斜率为弹簧的劲度系数 k＝ N/m≈53 N/m 6×10－2
专题九学案15
(2)弹簧秤的读数为 2.10 N，选标度合力的图示如图所示．
本学案栏目开关
探究动能定理和验证机械能守恒定律，主要考查实验器材的使用、实验原理的理解和实验方法的迁移运用，多以探究和设计实验的形式出现．预计 2014 年高考中，将在考查常规实验的实验原理、数据处理的基础上，进一步考查实验方法的迁移运用和创新实验设计．
专题九学案15
考题 1 对基本仪器的使用的考查基本仪器主要是测量性仪器，高考中要求理解仪器的结构原理、规格、参数，灵活地使用仪器，进行正确的读数．力学中基本仪器的原理和使用方法：
－2
m)
0.74 1.80 2.80 3.72 4.60 5.58 6.42
专题九学案15
在图 3 中作图并求得该弹簧的劲度系数 k＝________N/m；
本学案栏目开关
图3 (2)某次实验中，弹簧秤的指针位置如图 4 所示，其读数为 ________N ；同时利用 (1) 中结果获得弹簧上的弹力值为 2.50 N，请在图中画出这两个共点力的合力 F 合； (3)由图得到 F 合＝________N.
本学案栏目开关
上相邻的点．他们测出了各点与 O 点的距离 h 后做出了必要的计算，测量和计算的记录见下表学案15
计数点 h(cm) v(m/s)
本学案栏目开关

《理论力学》实验课程教学大纲和指导书

《理论力学实验》课程教学大纲课程编号：课程名称：理论力学实验英文名称：Theoretical Mechanics Experiment是否独立设课：否课程性质：必修√□选修□课程类别：基础□专业基础√□专业□实验项目数：4必做实验项目数：4 选做实验项目数：0开放实验项目数：综合性、设计性实验数：开课学期：第三学期开课院系：机电工程学院课程总学时：54 实验学时：4课程总学分：3.5 实验学分：一、本实验课程的教学目标与任务《理论力学》课程是机械类各专业的学科基础课。

其主要任务是使学生掌握物体机械运动的一般规律。

《理论力学实验》是本课程的实践环节和重要组成部分，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，培养和训练学生的实践动手能力，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。

二、本课程与其他课程的联系和分工《理论力学》是机械类各专业的第一门学科基础课，它的任务是研究经典力学的普遍规律，使学生比较系统地掌握经典力学的基础知识，培养学生解决力学问题的能力，为学习后续课程《材料力学》、《机械原理》、《振动分析》、《分析力学》等打好基础。

三、实验课程内容和基本要求本实验课程包含以下四个实验，要求学生在老师指导下实验准备、实验操作到撰写实验报告独立完成。

实验一、实验法求物体重量及重心（认识实验）实验二、动滑动摩擦因子的测量实验三、三线摆法求圆盘和物体的转动惯量实验四、等效法求不规则物体转动惯量（认识实验）四、教学安排及方式理论力学实验6人一组，实验课定时开放，每次实验一般安排3小时，每个学生要求完成4个实验。

其中实验一和实验四为认识实验，实验结束后要求写出实验体会或对此实验提出自己的改进方法。

实验二和三要求完成实验报告。

五、考核方式本实验课程要求完成实验报告，实验报告每人独立完成，至少在放假前15天将报告交上来；每人4次自做实验，缺少1次，实验成绩记为0分，本课程成绩为0分。

2014年高考物理二轮复习专题10：力学实验ppt课件

四、探究性实验 1．实验名称：探究弹力和弹簧伸长的关系、探究动能定理、研究匀变速直线运动． 2．实验方法：按照题目要求设计实验方案，探究某种规律或研究物理量之间的关系，根据实验数据得出实验结论，题目一般以教材基本实验为原型或以学过的知识为基础，新颖灵活，具有开放性．
3．实验过程的比较
类型
实验过程
探究性实验 ①提出问题 ②猜想与假设 ③制定计划与设计实验方案 ④进行实验与收集数据 ⑤分析与论证 ⑥评估 ⑦交流与合作
验证性实验
①实验目的 ②实验器 ③实验原理 ④实验步骤 ⑤数据分析 ⑥实验结论
名师点睛 1．验证性实验
2．探究性实验
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高频考点30:基本仪器的读数
【例1】 (2012·课标全国卷，22)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度．该螺旋测微器校零时的示数如图11 －1(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示．图 (a)所示读数为________mm，图(b)所示读数为 ________mm，所测金属板的厚度为________mm.
解析
(1)从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差Δx≈
预测1：某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ 时： (1)用游标尺为20分度的卡尺测量其长度如图11－2甲，由图可知其长度为________cm；
图11－2
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图可知其直径为 ________mm. 解析 (1)从题图甲可以看出，主尺读数为50 mm，游标尺的第3条刻度线和主尺上的一刻度线对齐，则读数应为50 mm＋0.05×3 mm＝50.15 mm＝5.015 cm； (2)由题图乙可以看出，螺旋测微器的固定刻度为4.5 mm，可动刻度读出刻度为20.0(或20.1)×0.01 mm＝0.200 mm(或 0.201 mm)，故圆柱体的直径为4.5 mm＋0.200 mm(或0.201 mm)＝4.700 mm(或4.701 mm)．答案 (1)5.015 (2)4.700(或4.701)

《理论力学》实验课教学大纲

备注
1
理论力学组合实验
1测定弹簧质量系统的固有频率
2自激振动的观察
3非均匀不规则物体重心的测定
4渐加、突加、冲击、振动荷载的观察比较
5均质圆盘转动惯量的测定
6非均质不规则物体转动惯量测定
基本力学实验
2
本
科
生
2
理论力学组合实验台
必修
2
理论力学原理演示实验
静力学、运动学、动力学原理演示
基本力学实验
2
本科生
3．适用专业：全校公共基础选修课
4．先修课程：高等数学
5．配套教材：理论力学
实验指导书：工程力学实验
6．考核形式：实验操作、实验报告及课堂问答
7．主要仪器设备：理论力学多功能实验台、理论力学演示实验设备等
实验
项目
与
内容
提要
序号
实验
名称
内容提要
实验类型
实验时数
实验者类别
每组人数
主要仪器
及配套数
必修/选修
年月日
系审核意见
力学（系）（签名）
年月日
学院、实验中心审核意见
（签名）（公章）
年月日
《理论力学》实验课教学大纲
实验
课程
编号
01805170
实验名称
(中文)理论力学
(英文) Theoretical Mechanics
实验课程基本情况
1．课程总学时：50-80总学分：5-8实验学时：6实验学分：0.3
2．实验性质、目的及任务：通过本课程学习使学生对理论力学课程有进一步的了解，增强对课堂知识的掌握及运用，并掌握一定的实验技能。
5~10
理论力学演示实验设备

理论力学A试验指导书

(b)在相位上，相对振动位移的时间历程落后于被测加速度的时间历程的相位差为，由此可知，如果传感器的输出信号与相对振幅成正比，那么，在测量系统中，记录到的振动波形将与被测物体的加速度波形成正比，于是，就构成了一个加速度传感器。
附录三：压电式加速度传感器的机电变换原理
某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等)在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体表面或极化面上将有电荷产生。这种从机械能到电能的变换称为正压电效应，而从电能到机械能的变换称为逆压电效应。
1)激振设备：信号源、功率放大器和振动台。
2)标准校准组件：校准用的高精度标准加速度传感器和电荷放大器。用作参考基准的加速度传感器称为标准传感器，是被经过绝对校准法或高一级精度的相对校准法校准后的加速度传感器。
3)工作组件：待校准的加速度传感器和电荷放大器。待校准的加速度传感器和电荷放大器成为工作传感器和工作电荷放大器。
9．设工作电荷放大器的灵敏度为，由工作通道测量得到的加速度有效值为 m/s2，由标准通道测量得到的加速度有效值为 m/s2，则工作传感器的灵敏度可由下式计算
（1）
10．根据式（1）计算得到的工作传感器灵敏度，设置工作电荷放大器的灵敏度，在表二中记录两个通道的测量结果。
11．式（1）中的也可以采用绝对校准法获得，与相对校准法不同的是绝对校准法采用下面的方法获得被测点的绝对加速度：用读数显微镜测量被测点的振动幅值，单位为mm，由频率计测量振动信号的频率，单位为Hz，然后由式（2）计算，并记录在表三中。
(2.1)
设，其中为衰减系数，为接收部分的固有频率。代入(2.1)式并整理得
(2.2)
若被测振动物体作简谐振动，即运动规律为
(2.3)
则式(2.2)的通解为

理论力学实验报告

咸阳师范学院物理与电子工程学院普通实验训练（Ⅱ）报告题目：测毛发的密度实验班级：物理1201级姓名：李强威学号：1207014106指导教师：李耀宗成绩：完成日期：2014 年06 月目录1 实验目的：测量毛发细丝的密度2 实验仪器及用具介绍（规格、型号、结构介绍、生产厂家等）烧杯两个，量筒一个，干净头发丝少许，天平一个3 实验原理（用文字、公式、图表说明）干净头发丝的密度比纯水的密度大，放入纯水中头发丝沉入水底，如果在纯水中放入盐并及时搅拌实施盐溶解，此时头发丝会随溶液溶度的增大而不断上升，当头发刚好悬浮在溶液中时，此时头发的密度就是溶液的密度。

4 实验步骤在一个烧杯中加入少量水，把干净的头发丝浸没其中，待头发丝沉底之后，加入少许盐，均匀搅拌，静置，观察头发丝的情况，情况分三种：（1）如果头发丝继续沉底，则继续加入少量盐，再次观察头发丝情况。

（2）如果头发丝悬浮在水中，则完成初步试验。

（3）如果头发丝漂浮在水面上，则需要加入少量水，再次观察头发丝情况。

初步试验完成后，取一个量筒，先用天平测量量筒质量，记录数据M1。

给量筒中加入少量待测液体（试验中加入盐的盐水），用天平测量质量，记录数据M2。

量筒中盐水的体积记录数据V。

按照密度公式计算出盐水的密度，即头发的密度。

Ρ=M/V M=M2-M15 数据处理与实验结果（实验数据以表格形式表示）空量筒质量M1 称量总质量M2 盐水体积V16.18g 24.10g 8ml16.22g 24.12g 8ml16.23g 24.08g 8ml所称盐水质量：M①=24.10-16.18=7.92g V=8ml p1=0.990g/mlM②=24.12-16.22=7.90g V=8ml p2=0.988g/mlM③=24.08-16.23=7.85g V=8ml p3=0.981g/ml∴盐水密度P=（p1+p2+p3）/3=0.986g/ml∴头发丝密度为0.986g/ml6 结论与分析（1）头发丝的密度比水略大，放入水中会沉入水底。

理论力学实验报告指导答案

理论力学实验报告指导答案实验一振动测试系统组成及基本仪器使用方法1—底座； 2—支座； 3—二（三）自由度系统； 4—薄壁圆板支承螺杆；5—固定铰；6—非接触式激振器；7—薄壁圆板；8—电动式激振器；9—电机压板；10—偏心电机；11—加速度传感器；12—简支梁；13—活动铰；14—悬臂梁；15—圆支柱；16—质量；17—调压器； 18—电动式激振器支座； 19—ZK-4JCZ型激振测振仪；20—信号源； 21—计算机及虚拟仪器库； 22—打印机图1 实验装置与结构框图传感器1输入传感器2输入一道振动幅值二道振动幅值频率/功率显示值频率，周期，灵敏度调节一道，二道增益及测试方式状态设置选择及参数选择旋扫频选择方式选择灵敏度选择显示选择功率输出选择功率幅度调节信号源调节功率输出B 道功率输出A 道信号源波形输出ZK —4JCZ 型激振测振仪功能分布图ZK-4JCZ 型激振测振仪是一种多功能测量仪器。

它包括信号源、功率放大器及两个配接加速度计的测量通道，可对振动的加速度、加速度或位移进行测量。

实验二简谐振动幅值测量一、实验目的1. 了解振动信号位移、速度、加速度的关系。

2. 学会用压电式加速度传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅度。

二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图见图（1）图（1）实验装置与仪器框图四、实验方法1. 激振信号源输出端接电动式激振器，用电动式激振器对简支梁激振。

2. 用加速度传感器拾振，加速度传感器的输出接测振仪。

3. 开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。

调整信号源的输出调节开关时注意不要过载。

4. 分别用测振仪的位移X、速度V、加速度A各档进行测量和读数。

五、实验报告1. 实验数据表12. 根据位移X，按公式（2）计算速度V、加速度A。

3. 根据速度V，按公式（2）计算位移X、加速度A。

4. 根据加速度A，按公式（2）计算位移X、速度V。

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f.计算连杆的重心位置，并在图中加以表示。
四、实验报告要求
理论力学实验报告中应写明专业.班级.姓名.实验日期和实验环境条件等。其具体内容应有：（1）实验名称；（2）实验目的；（3）实验设备和仪器；（4）实验原理和方法的简述；（5）实验数据记录，画出被测物体的图形和重心的位置。（6）实验误差和实验结果的讨论分析；（6）回答本书中的思考题。
2 1 d 2 s J 0 2 m m 2 2 2
式中： s 为两圆柱的中心距。
s
d
o
r
图 3-2 分别以不同的中心距 s 测出相应的扭转震荡周期 T ，并用理论公式计算出两个圆柱对中心轴的转动惯量 J 0 ，填入下表：中心距 S(mm) 周期 T(s) 转动惯量 30 40 50 60
4
L
小的位移则有：
r L
（1）在微振动时，系统最大动能：
E K max
(2) 系统的最大势能：
1 1 2 2 J 0 max J 0 2 0 2 2
E P max
(3)
1 1 r2 2 2 mgL1 cos 0 mgL 0 mg 0 2 2 L
二、实验原理
如图 3-1 所示三线摆，均质圆盘质量为 m ，半径为 R ，三线摆悬吊半径为 r 。当均质圆盘作扭转角为小于 6 度的微振动，测得扭转振动周期为 T ，现在讨论圆盘的转动惯量与微扭振动周期的关系。
b
a
R
r o
o a a
R
r
b
（a）图 3-1
(b)
设 0 为圆盘的扭转振幅， 0 是摆线的扭转振幅，如图 3-1（b）所示，对于一个微
F
F
A
B
C
W W
(a)
图 1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心
A (b)
下面以轴对称连杆为例简述测定重心的方法。
1
A xC
A
W
B
FN1 l
W
B
xC
FN 2
l (a)
(b)
图 1-2 如图 1-2(a)所示，设物体是均质的，则重心必然位于水平轴线上。因此我们只需要测定重心距离左侧支点 A 的距离 xC 。首先测出两个支点间的距离 l ，然后将支点 B 置于磅秤上，保持中轴线水平，由此可测定得到 B 处的支反力 FN1 的大小。再将连杆旋转 180O，仍然保持中轴线水平，可测得 FN2 的大小。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程：
四、实验报告要求
理论力学实验报告中应写明专业.班级.姓名.实验日期和实验环境条件等。其具体内容应有：（1）实验名称；（2）实验目的；（3）实验设备和仪器；（4）实验原理和方法的简述；（5）实验数据记录（各个实验原始记录表格）.实验数据处理结果图形；（6）实验误差和实验结果的讨论分析；（7）回答本书中的思考题。
Hale Waihona Puke J 0 kg m 2
T _________________
(s)
c.测出与两个圆柱等重的非均质发动机摇臂的扭转振动周期：
运用插入法，求得摇臂的转动惯量：
7
J 0 ________________ ( kg m 2 )
d.转动手轮，分别把左边：两个三线摆收回至上顶板的位置（注意：圆盘接近顶板时，手轮转速要减慢以免线被拉断）。
五、思考题
1.分析发动机摇臂质心和轴心相距较大时，对实验精度的影响？
8
实验三
自选创新实验
9
五、思考题
1.在进行称重法求物体重心的实验中，哪些因素将影响实验的精度？
3
实验二转动惯量
（三线摆求圆盘的转动惯量，用等效方法求非均质发动机摇臂的转动惯量）
一、实验目的
测量刚体绕轴旋转的转动惯量。在动量矩定理中，刚体定轴转动微分方程可以表达为： J z a M z ，这与动力学基本方程 F ma 是相似的，式中，转动惯量的地位与质量 m 相当。它表示刚体转动时惯量的量度，如同质量是质点惯性的量度一样。可见，掌握转动惯量的概念和如何测定刚体的转动惯量是十分重要的。一些均质并具有常见的几何形状的刚体，其转动惯量可查工程手册，但一些不规则形状和非均质的刚体，其转动惯量是很难计算，一般需要用实验方法求得。
7.75 10 3 kg/m 3 ，吊线半径为 r 41mm 。
用理论公式计算圆盘转动惯量：
J0
1 mR 2 =_______________ kg m 2 2
用三线摆测周期计算圆盘转动惯量：
2 T mgr 2 =_____________ kg m J0 L 2 2
三、实验项目
（一）验证圆盘转动惯量的理论公式 J 0
1 mR 2 与三线摆实测周期计算转动惯量公式 2
5
2 T mgr 并确定线长 L 对测量误差的影响程度。 J0 L 2
2
1. 实验仪器：ZME-1 型理论力学多功能实验台，秒表 2. 实验步骤： a.转动右边手轮，使圆盘三线摆下降约 600mm ，给三线摆一个初始角（小于 6 度），释放圆盘后，使三线摆发生扭转振动，用秒表记录扭转十次或以上的时间，算出振动周期 T。 b. 已知：圆盘直径 d 100mm ，厚度为 5.5mm , 材料密度
6
三线摆线长(>= 600mm )，也使配重相同的带有磁性的两个圆柱铁三线摆下降至相同的位置。 b. 由图 3-2 已知：等效圆柱直径 d 20mm , 高 h 18mm ，材料密度
7.75 10 3 kg/m 3 。
则两圆柱对中心轴 O 的转动惯量计算公式：
2
（二）称重法求对称连杆的重心。 1.实验仪器：ZME-1 型理论力学多功能实验台，直尺，积木，磅秤 2.实验步骤： a.将磅秤和支架放置于多功能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴中心对准磅秤的中心位置。并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。记录此时磅秤的读数
FN1 _______________ kg
c.用不同的线长测三线摆的周期，确定误差。线长 L(cm) 周期 T(s) 转动惯量 20 40 60 70
J 0 kg m 2
误差（%）

d.转动右边手轮把圆盘三线摆收回至接近上顶板位置（注意：圆盘接近顶板时，手轮转速要减慢以免线拉断）。
（二）用等效方法求非均质（铝合金，铜，钢，记忆合金组成）发动机摇臂的转动惯量 1.实验仪器：ZME-1 型理论力学多功能实验台，秒表 2.实验步骤： a.分别转动左边两个三线摆的手轮，让有非均质摇臂的圆盘三线摆下降至可接受的
FN1 FN2 W FN1 l W xC 0
根据上面的方程，可以求出重心的位置：
xC
FN1 l FN1 FN2
三、实验项目
（一）悬吊法求不规则物体的重心 1.实验仪器：ZME-1 型理论力学多功能实验台，直尺 2.实验步骤： a.在纸上上描出不规则物体的外形。 b.用细绳将不规则物体悬挂于上顶板的螺钉上，标记悬挂点和第一条悬挂线的位置。并在纸上画出； c.物体换一个方向悬挂，标记悬挂点和第二条悬挂线的位置，并在纸上画出； d.纸上标出两个悬挂线的交点，即重心的位置。
b.取下连杆，记录磅秤上积木的重量
FJ1 ________________ kg
c.将连杆转180 ，重复 a 步骤，测出此时磅秤读数
FN2 _______________ kg
d.取下连杆，记录磅秤上积木的重量
FJ2 ________________ kg
e.测定连杆两支点间的距离
l ________________ m
实验一求不规则物体的重心
一、实验目的
通过两种方法求出不规则物体的重心的位置。
二、实验原理
（一）悬吊法求不规则物体的重心如果需要求一薄板的重心，可先将板悬挂于任意一点 A，如图 1-1（a）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在板上画出此线。然后将板悬挂于另外一点 B，同样可以画出另外一条直线。两直线的交点 C 就是重心，如图 1-1（b）所示。
对于保守系统机械能守恒，即： E K E P 得到圆盘扭转震动的固有频率的平方：
2
由于：
mgr 2 J0L
T
则圆盘的转动惯量：
2

2
2 T mgr J0 L 2
(4) 式中，T 为三线摆的扭振周期，可见只要测出周期 T 就可用（4）式计算出圆盘的转动惯量，且周期 T 测得愈精确，转动惯量误差就愈小。