向心力和转动惯量系列实验

实验原理：匀速转动手柄1，可以使变速塔轮 2 和3 以及长槽4 和短槽5小球也随着做匀速圆周运动。

使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂 6 的挡板对小球的压力提供。

球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7 下降，从而露出标尺8。

根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。

实验目的探究影响向心力大小的因素实验方法控制变量探究过程m、ω 不变改变半径r，则r越大，向心力F就越大m、r 不变改变角速度ω，则ω越大，向心力F就越大r、ω 不变改变质量m，则m越大，向心力F就越大结论物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量、半径、角速度都有关练习1：用如图4所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关(1)本实验采用的科学方法是________A．控制变量法B．累积法C．微元法D．放大法(2)图示情景正在探究的是________．A．向心力的大小与半径的关系B．向心力的大小与线速度大小的关系C．向心力的大小与角速度大小的关系D．向心力的大小与物体质量的关系(3)通过本实验可以得到的结论是________．A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比(4)现将小球分别放在两边的槽内，为探究小球受到的向心力大小与角速度大小的关系，下列做法正确的是A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的钢球做实验B．在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的钢球做实验C．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的钢球做实验D．在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的钢球做实验2.一物理兴趣小组利用学校实验室的数学实验系统探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系.实验序号12345678F/N 2.42 1.90 1.430.970.760.500.230.06ω/(rad·s－1)28.825.722.018.015.913.08.5 4.3(1)首先，他们让一砝码做半径r＝0.08 m的圆周运动，数学实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω，如表，请你根据表中的数据在图5甲上绘出F－ω的关系图象．(2)通过对图象的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比，你认为，可以通过进一步转换，作出____________关系图象来确定他们的猜测是否正确(3)在证实了F∝ω2之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04 m、0.12 m，又得到了两条F－ω图象，他们将三次实验得到的图象放在一个坐标系中，如图乙所示，通过对三条图象的比较、分析、讨论，他们得出F∝r的结论．你认为他们的依据是_________________________________________________．(4)通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F＝kω2r，其中比例系数k的大小为________，单位是________．3.如图3所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素．同学们用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)在空气中甩动，使杯在水平面内做圆周运动，来感受向心力．(1)下列说法中正确的是________．A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大(2)如图甲，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：操作一：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．操作二：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．操作三：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小．操作四：手握绳结A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；操作四与一相比较：____________________相同，向心力大小与________有关；②物理学中此种实验方法叫________________法．③小组总结阶段，在空中甩动，使杯在水平面内做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力而是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样”．你认为该同学的说法是否正确，为什么？4.如图10甲所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度，以下是所得数据和图乙所示的F－v、F－v2、F－v3三个图象：图10v/(m·s－1)1 1.52 2.53F/N0.882 3.5 5.57.9(1)数据表和图乙的三个图象是在用实验探究向心力F和圆柱体线速度v的关系时保持圆柱体质量不变，半径r＝0.1 m的条件下得到的．研究图象后，可得出向心力F和圆柱体速度v的关系式：__________________.(2)为了研究F与r成反比的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持物理量________不变．(3)若已知向心力的表达式为F＝m v2r，根据上面的图线可以推算出，本实验中圆柱体的质量为____________．。

三线摆测量转动量的原理
三线摆是一种经典的物理实验，用于测量物体的转动量。

其原理基于牛顿第二定律和动量守恒定律。

当一个物体在重力作用下作匀速圆周运动时，其所受的向心力必须满足
F_c=m*v^2/r，其中F_c为向心力，m为物体的质量，v为物体运动的线速度，r为运动的半径。

此外，由牛顿第二定律F=ma和转动惯量I=mr^2可知，物体的转动惯量也与其转动的半径和质量有关。

在三线摆实验中，将一个小球用细线系在支架上，使其可以自由转动，然后用另外两根细线将其悬挂在水平方向，从而构成了三线摆系统。

当小球被拉动后，会开始作周期性的转动，此时三根细线的张力会同时发生变化。

根据牛顿第二定律和动量守恒定律，可以推导出三线摆测量转动量的公式：
L=mgh*T/4π^2d，其中L为小球的角动量，m为小球的质量，g为重力加速度，h为小球的高度差，T为小球的周期，d为两根悬挂线的距离。

该公式表明，小球的角动量与其质量、高度差、周期和悬挂线的距离有关。

通过测量这些参数，可以计算出小球的角动量，从而得到物体的转动量。

转动惯量的实验报告转动惯量的实验报告一、引言转动惯量是物体旋转时所具有的惯性，是描述物体旋转运动的物理量。

本实验旨在通过测量不同物体的转动惯量，探究物体形状和质量对转动惯量的影响。

二、实验装置和方法实验装置包括转动惯量测量装置、测量器具（卷尺、天平等）和不同形状的物体（如圆盘、长方体等）。

实验步骤如下：1. 将转动惯量测量装置放置在水平台面上，确保其稳定。

2. 选择一个物体，如圆盘，测量其质量m，并记录下来。

3. 将圆盘固定在转动惯量测量装置上，并使其能够自由旋转。

4. 通过卷尺测量圆盘的半径r，并记录下来。

5. 用测量器具测量圆盘的转动惯量I，并记录下来。

6. 重复步骤2-5，测量其他形状的物体的质量、尺寸和转动惯量。

三、实验结果与分析根据实验数据，我们计算得到了不同物体的转动惯量，并进行了比较。

以下是一些实验结果和分析：1. 圆盘与长方体的转动惯量比较我们测量了相同质量的圆盘和长方体的转动惯量，并发现圆盘的转动惯量要大于长方体。

这是因为圆盘的质量分布更加集中在旋转轴附近，而长方体的质量分布相对较为分散，导致圆盘的转动惯量较大。

2. 形状对转动惯量的影响我们还测量了不同形状的物体的转动惯量，并发现不同形状的物体具有不同的转动惯量。

例如，对于相同质量的物体，圆盘的转动惯量大于长方体，而球体的转动惯量又大于圆盘。

这是因为球体的质量分布更加集中在旋转轴附近，相比之下，圆盘的质量分布更为分散，导致球体的转动惯量最大。

3. 质量对转动惯量的影响我们还进行了不同质量物体的转动惯量比较。

实验结果显示，对于相同形状的物体，质量越大，转动惯量也越大。

这是因为质量的增加会增加物体的惯性，从而增大了物体的转动惯量。

四、实验误差分析在本实验中，存在一些误差可能影响了实验结果的准确性。

例如，测量质量时天平的读数误差、测量尺寸时卷尺的读数误差等。

此外，转动惯量测量装置本身可能存在一定的摩擦力，也会对实验结果产生一定的影响。

实验一、陀螺仪实验实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系；4、观察和研究陀螺仪的章动频率与回转频率的关系。

实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。

相关术语：转动惯量；力矩；角动量；进动；章动。

实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度α为：α=d ωR /dt=M/I P (1)式中ωR 为陀螺仪盘的角速度，I P 为陀螺仪盘的转动惯量。

M=F .r 为使陀螺仪盘转动的力矩。

由作用和反作用定律，作用力为：F=m(g-a) (2) 式中g 为重力加速度，a 为轨道加速度（或线加速度） 轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/t F 2； α=a/r (3)式中h 为砝码下降的高度，r 如图1所示为转轴的半径，t F 为下落的时间。

将(2)(3)代入(1)可得：h mgrmr I t P F22222+= (4) 测量多组t F 和h 的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。

2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物W 使陀螺仪AB 轴（X 轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕X 轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量L ：L =I P .ωR (5)当在陀螺仪的另一端挂上砝码m （50g ）时就会产生一个附加的力矩M *，这将使原来的角动量发生改变：dL/dt =M *=m *gr * (6)由于附加的力矩M *的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量L 变化dL ，由图1可见： dL=Ld ϕPP R P P I gr m dt dL I dt dL L dt d ωωϕω**11====P PR t I gr m t 2**41π=这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩M *的作用下将会发生进动。

本科生课程论文报告
课程名称：中学物理实验研究
课程论文题目：向心力研究
姓名：黄珊
学号： 2014000135 所在学院：教师教育学院
专业：物理行知班
任课教师：王凤兰
实验十二向心力研究
实验目的研究向心力与质量，半径，角速度的关系
实验器材朗威DISLab数据采集器，计算机，DISLab向心力器材等。

实验原理
物体做圆周运动时，沿半径指向圆心方向的外力称为向心力。

向心力
的大小与物体的质量、角速度的平方、半径成正比。

实验步骤
1、将光电门传感器和力传感器分别接入朗威DISLab数据采集器。

2、按实验装置图把两传感器固定在向心力实验器上，设置实验器相关参数。

3、将实验器调节为水平，对力传感器调零。

4、点击“开始记录”，转动实验器的悬臂，记录数据。

5、保存图像
6、对图像进行分析，总结F与角速度、质量之间的关系。

实验图像
实验分析 1. 物体所受到的向心力与角速度的平方成正比；
2. 在质量一定的情况下，半径越大，物体所受到的向心力越大。

3.在半径一定的情况下，质量越大，物体所受到的向心力越大。

误差分析在实验的过程中，存在一定的人为因素和偶然因素，比如：可能会受到摩擦力的影响。

实验总结物体所受到的向心力与物体的质量，角速度，半径有关。

而且，都成正比。

三线摆测转动惯量实验报告实验报告是个很重要的东西，尤其是像三线摆测转动惯量这种实验。

今天咱们就来聊聊这个实验，看看它的过程、结果和收获。

首先，实验的背景就很有趣。

转动惯量，听起来很复杂，但其实就是物体转动时的“懒惰程度”。

越大的转动惯量，物体转动起来越费劲。

三线摆，简单来说，就是用三根线把一个物体悬挂起来，让它转动。

通过这个实验，我们能更直观地理解物体的转动特性。

接下来，咱们说说实验的准备工作。

材料简单明了，咱们需要一个圆盘，几根线，还有一个支架。

圆盘的质量和半径都要准确，这关系到结果的精确性。

准备工作可不能马虎，细节决定成败嘛。

1.1 圆盘的选择我们选择的圆盘是均匀的，质量分布也很均匀，这样计算转动惯量时才不会偏差。

然后，测量半径时，心里得小心翼翼，毕竟这可是直接影响实验结果的。

用游标卡尺量的时候，得保证没有任何误差，尽量做到精确到毫米。

1.2 三根线的固定接着，三根线要固定得稳稳的。

为了确保摆动时不出错，咱们得把线的长度调到一致。

用夹具把线固定好，确保圆盘在空中能自由转动。

固定这一环节，别小看，稍微不稳就会影响后面的实验数据。

说完准备工作，咱们进入实验过程。

这时候，心里会有点小紧张，毕竟所有的准备都在这一刻见分晓。

2.1 摆动的实验把圆盘悬挂起来，轻轻一推，圆盘就开始摆动。

看着它在空中划出优美的弧线，心里不禁觉得很美妙。

每一次摆动，我都仔细观察，记录下摆动的时间和角度。

用秒表计时时，手不能抖，得保持稳稳的状态。

2.2 数据记录摆动了好几次，终于得到了足够的数据。

每一次的实验结果都有些许不同，但大体上能看出规律。

数据记录时，心中一阵激动，觉得一切的努力都没白费。

然后，把这些数据整理到表格里，做出计算，得到转动惯量的结果。

2.3 结果分析分析结果的时候，得意忘形的感觉油然而生。

通过公式算出的转动惯量，和理论值相差不大，心里满是成就感。

想想当初的担心，果然“磨刀不误砍柴工”。

这次实验让我体会到了实践的重要性。

新教师教学高等教育1 引言随着时代的发展，大学工科专业的教学越来越重视对学生创新思维能力和动手操作能力进行培养，以期造就出一大批能够根据生产需求研发新技术、新工艺和新产品的工程技术人员，从而满足现代化建设的需要。

大学物理实验作为工科学生入校以来遇到的第一门实验课程，不是简单地对物理理论课程进行实验延伸，而是针对工科学生的实验技能和良好素质的培养而独立开设的，具有非常重要的作用。

但由于条件的限制，我们长期以来一直采用传统的实验教学方式，即教师讲授实验原理和测量方法，学生按部就班地操作并完成实验报告。

整个过程学生不需要多少思考，更不用说进行创新设计。

同时，学生本身对这门课程也往往不够重视，多是抱着应付课程拿学分的态度，没有多少兴趣，积极性也不高。

针对这种状况，我们积极响应学校关于加强实验教学的号召，开展了物理实验教学的创新改革。

其中一个重要举措，就是引入了美国PASCO 公司开发生产的专门用于物理实验的计算机数据采集与分析的系统，建立了PASCO 物理实验室，开设了创新物理实验课程。

2 什么是PASCO 物理实验系统该系统设备主要由各类传感器、计算机接口系统和数据采集与分析软件三个部分组成。

实验中各物理量的实时数据可通过传感器利用传感技术转化为电信号，再经过计算机接口系统传入计算机中，由此实现准确、高效的数据采集，最后通过Data Studio 软件对数据进行分析、处理和呈现。

目前可选用的传感器有力、运动、压强、温度、声级、光、电荷/电压/电流、磁场等50余种，采用纯数字化信号，传输速度快。

数据采集接口可根据需要采用不同的采样速率，最高可达250kHz 。

而Data Studio 软件以图表的形式可实时记录并显示物理量变化中的数据情况。

除了与传统实验仪器结合使用，PASCO 公司自身也开发了一系列配套的实验项目，从普通物理的基础实验到近代物理的拓展课题实验，涵盖了典型物理课程的大部分内容。

相应的仪器配件具有很强的组合性，可与其它的部件灵活组合出多个不同的实验项目。

转动惯量的测定实验报告一、实验目的1、学习用三线摆法测定物体的转动惯量。

2、验证转动惯量的平行轴定理。

二、实验原理三线摆是将一个匀质圆盘，以三条等长的摆线对称地悬挂在一个水平的圆盘上。

当圆盘绕垂直于盘面的中心轴作微小扭转摆动时，圆盘的运动可以看作是一种简谐振动。

根据能量守恒定律和刚体转动定律，可以推导出三线摆测量转动惯量的公式：＼（J_0 ＝＼frac{m_0gRr^2}｛4\pi^2H}T_0^2\）其中，＼（J_0\）为下圆盘的转动惯量，＼（m_0\）为下圆盘的质量，＼（g\）为重力加速度，＼（R\）和\（r\）分别为下圆盘和上圆盘的悬点到各自圆心的距离，＼（H\）为上下圆盘之间的距离，＼（T_0\）为下圆盘的摆动周期。

对于质量为\（m\）、转动惯量为\（J\）的待测物体放在下圆盘上时，系统的转动惯量为\（J_0 ＋ J\），摆动周期为\（T\），则有：＼（J ＝＼frac{m_0gRr^2}｛4\pi^2H}（T^2 T_0^2)＼）若质量为\（m\）的待测物体的质心轴到下圆盘中心轴的距离为\（d\），根据平行轴定理，其转动惯量为\（J ＝ J_c ＋ md^2\），其中\（J_c\）为通过质心轴的转动惯量。

三、实验仪器三线摆实验仪、游标卡尺、米尺、电子秒表、待测圆环、圆柱体等。

四、实验步骤1、调节三线摆底座水平，使上圆盘和下圆盘处于平行状态。

2、用米尺测量上下圆盘之间的距离\（H\），测量六次取平均值。

3、用游标卡尺测量上下圆盘的悬点到各自圆心的距离\（R\）和\（r\），各测量六次取平均值。

4、测量下圆盘的质量\（m_0\）和半径\（R_0\）。

5、轻轻转动下圆盘，使其做小角度摆动，用电子秒表测量下圆盘摆动\（50\）次的时间，重复测量六次，计算平均周期\（T_0\）。

6、将待测圆环放在下圆盘上，使圆环的中心与下圆盘的中心重合，测量系统的摆动周期\（T\），重复测量六次。

7、用游标卡尺测量圆环的内、外直径，计算圆环的质量和转动惯量。