三线摆测刚体转动惯量实验报告(带数据)

三线摆测转动惯量实验报告实验报告：三线摆测转动惯量实验一、实验目的本次实验的主要目的是通过三线摆的测量，研究物体在不同摆动角度下的转动惯量。

转动惯量是描述物体旋转特性的一个重要参数，对于理解物体的运动规律和动力学性能具有重要意义。

二、实验原理1. 三线摆的构造三线摆是由三条相互垂直的细线组成，其中两条细线固定在同一端点，另一条细线则通过一个支点悬挂。

当三线摆摆动时，细线的张力会产生扭矩，使得摆锤绕支点旋转。

2. 转动惯量的计算公式转动惯量的计算公式为：I = m * r^2,其中m为物体的质量，r为物体的半径。

在本实验中，我们将通过测量三线摆在不同摆动角度下的周期和角速度，从而求得物体的转动惯量。

三、实验步骤与结果分析1. 实验准备(1) 准备三线摆、计时器、直尺等实验工具。

(2) 将三线摆调整至水平状态，使两条细线的夹角为90°。

(3) 在三线摆的一端挂上质量为m的小球。

(4) 将三线摆调整至合适的初始位置，使其摆动幅度较小。

2. 实验过程与数据记录(1) 以一定的时间间隔记录三线摆的周期T;(2) 以一定的时间间隔记录三线摆的角速度ω。

(3) 根据公式I = 2π/T * ω^2 * r,计算出小球的转动惯量I;(4) 重复以上步骤，分别测量三线摆在不同摆动角度下的数据。

3. 结果分析根据实验数据，我们可以得到以下结论：(1) 随着三线摆摆动角度的增大，其周期T逐渐减小；这是因为在摆动过程中，重力作用在小球上的分力逐渐增大，使得小球受到的回复力减小，从而导致摆动周期变短。

角速度ω也随之增大；这是因为在摆动过程中，小球受到的回复力与重力分力的合力方向始终保持不变，使得小球绕支点做圆周运动的速度不断增大。

因此，我们可以得出结论：物体在不同摆动角度下的转动惯量与其固有属性有关。

用三线摆测刚体转动惯量实验报告实验报告：用三线摆测刚体转动惯量实验目的：1. 掌握用三线摆测量刚体转动惯量的方法。

2. 验证刚体转动惯量与质量、形状和转动轴位置的关系。

实验器材：1. 刚体（如圆盘或长方体）；2. 三根细线；3. 三个线圈（用于固定细线）；4. 计时器；5. 重锤；6. 质量砝码；7. 万能电表。

实验原理：根据刚体转动惯量的定义，刚体绕固定轴的转动惯量可以通过实验方法进行测量。

而三线摆正是一种常用的测量刚体转动惯量的实验方法。

实验步骤：1. 找一个悬挂点，将三根细线的一端绑在悬挂点上，使它们呈120度夹角，且每两根线间的夹角均为120度。

确保三根线的长度相等。

2. 将刚体沿着转动轴固定在三线悬挂点的下方，使其能够自由转动，且刚体转动轴垂直于实验台面。

3. 用三个线圈将每根细线的另一端固定在刚体上，确保它们与刚体形成120度的夹角。

4. 将重锤挂在其中任意一根细线上，并使其恰好与水平方向垂直。

重锤的作用是增大刚体转动的振幅，使测量更加准确。

5. 将刚体用手指轻轻推动，使其围绕转动轴做小幅度摆动，并利用计时器测量刚体做10个摆动的时间t。

6. 重复步骤5，记录不同的时间t（可为5次或更多次），并求出它们的平均值T。

7. 在实验过程中，可改变刚体的转动轴位置、刚体的质量以及刚体的形状，记录对应的时间t和平均值T。

实验数据处理：1. 计算每次摆动的周期T，即T = t / 10。

2. 根据刚体转动惯量的定义，转动惯量I可以通过公式I = m *g * L * T^2 / (16 * pi^2)求得，其中m为刚体质量，g为重力加速度，L为三线悬挂点到转动轴的距离。

3. 利用万能电表测量刚体质量并记录。

4. 在实验过程中，改变刚体的转动轴位置、质量和形状，记录相应的数据，然后绘制转动惯量I与不同因素的关系图。

实验注意事项：1. 实施实验前应检查细线和线圈是否牢固。

2. 在实验过程中，需要保持摆动的幅度相对较小，以减小摆动角度对结果的影响。

三线摆法测试物体的转动惯量【一】实验目的1. 学会用三线摆测定物体的转动惯量。

2. 学会用累积放大法测量周期运动的周期。

3. 验证转动惯量的平行轴定理。

【二】实验仪器及使用方法三线摆、水准仪、停表、米尺、游标卡尺、物理天平以及待测物体等。

1． DH 4601转动惯量测试仪 1台 2． 实验机架 1套 3． 圆环 1块 4． 圆柱体 2个仪器操作打开电源, 程序预置周期为T=30（数显）, 即: 小球来回经过光电门的次数为T=2n+1次。

据具体要求, 若要设置50次, 先按“置数”开锁, 再按上调（或下调）改变周期T, 再按“置数”锁定, 此时, 即可按执行键开始计时, 信号灯不停闪烁, 即为计时状态, 当物体经过光电门的周期次数达到设定值, 数显将显示具体时间, 单位“秒”。

须再执行“50”周期时, 无须重设置, 只要按“返回”即可回到上次刚执行的周期数“50”, 再按“执行”键, 便可以第二次计时。

（当断电再开机时, 程序从头预置30次周期, 须重复上述步骤）【三】实验原理图1是三线摆实验装置的示意图。

上、下圆盘均处于水平, 悬挂在横梁上。

三个对称分布的等长悬线将两圆盘相连。

上圆盘固定, 下圆盘可绕中心轴作扭摆运动。

当下盘转动角度很小, 且略去空气阻力时, 扭摆的运动可近似看作简谐运动。

根据能量守恒定律和刚体转动定律均可以导出物体绕中心轴的转动惯量(推导过程见本实验附录)。

2002004T H gRr m I π=（4-1） 式中各物理量的意义如下: 为下盘的质量；、分别为上下悬点离各自圆盘中心的距离；为平衡时上下盘间的垂直距离；为下盘作简谐运动的周期, 为重力加速度（在杭州地区）。

将质量为的待测物体放在下盘上, 并使待测刚体的转轴与轴重合。

测出此时摆运动周期和上下圆盘间的垂直距离。

同理可求得待测刚体和下圆盘对中心转轴轴的总转动惯量为： 212014)(T HgRr m m I π+=（4-2） 如不计因重量变化而引起悬线伸长, 则有。

三线扭摆法测转动惯量实验报告实验报告：三线扭摆法测转动惯量一、实验目的通过三线扭摆法测量转动惯量，掌握该方法的实验技能，了解转动惯量的概念及其计算方法。

二、实验原理若一刚体绕固定轴旋转，其转动惯量 $I$ 与它的质量和转动轴的位置有关。

转动惯量的一般定义如下：$$I=\sum_{i=1}^{n}m_i r_{i}^{2}$$其中 $m_i$ 是刚体的质量，$r_i$ 是物质元素 $i$ 到转动轴的距离。

本实验采用三线扭摆法来测量转动惯量。

三线扭摆法是利用固定点对物体进行转动，通过测定牵引力和转动角度，计算出转动惯量的一种方法。

其原理有三点：①牵引线上的张力是扭矩的产生者；②张力方向沿着放线筒的切线方向；③转动对象由牵引力和回复弹力制约，可视作单摆。

三、实验装置与材料实验装置：三线扭摆实验装置、摆重、量角器、数字秤、公称半径 $R$。

实验材料：- 铁环、铝盘、铜管、紫铜管等多种材料的转动物体；- 测量器材：数字角度计、数字秤、定义杆、卷尺。

四、实验步骤1.测量铁环的质量与公称半径 $R$。

2.将铁环等摆物挂到三线扭摆轴上，调整摆物中心与扭轴重合，使物体能够振动稳定。

3.按照图示接线，并调整牵引线的张力，使扭轴垂线上任意点产生一个恒定的、不被阻力消耗的扭矩。

同时安装量角器，记录牵引线与水平方向之间的角度 $\theta$。

4.用定义杆观察铁环的振幅，用数字角度计准确记录铁环的振幅角 $A$。

5.连续观察铁环的摆动，并记录一组 $N$ 次数据，每次记录相应的 $\theta$ 和 $A$ 值。

为了确保数据准确，需要等待摆物达到稳定状态后才进行测量，且每次测量前应恢复摆物到竖直位置。

6.将每次测量得到的 $\theta$ 值与 $A$ 值带入计算公式中，计算相应的牵引力 $F$，转动惯量 $I$。

最后将 $I$ 的测量误差计算出来。

五、实验结果与分析将实验中测得的数据代入计算公式，可以得出铁环的转动惯量$I$，单位为 $kg\cdot m^2$。

测量刚体转动惯量实验报告一、实验目的1、学习使用三线摆法测量刚体的转动惯量。

2、掌握三线摆测量转动惯量的原理和方法。

3、加深对转动惯量概念的理解。

二、实验原理三线摆是通过测量摆盘的扭转振动周期来测定刚体的转动惯量。

当摆盘绕中心轴扭转一个小角度时，其运动可近似看作简谐振动。

根据能量守恒定律和刚体转动定律，可得转动惯量的计算公式为：＼J ＝＼frac{m_0gRr^2T_0^2}｛4\pi^2H}＼其中，＼（m_0\）为摆盘的质量，＼（g\）为重力加速度，＼（R\）为下圆盘（即摆盘）的半径，＼（r\）为上圆盘悬线的半径，＼（T_0\）为摆盘的扭转振动周期，＼（H\）为上下圆盘之间的垂直距离。

三、实验仪器三线摆实验仪、游标卡尺、米尺、电子秒表、待测刚体（圆环、圆柱等）。

四、实验步骤1、调节三线摆的底座水平，使上、下圆盘处于水平状态。

2、用米尺测量上下圆盘之间的垂直距离\（H\），测量三次，取平均值。

3、用游标卡尺测量下圆盘的半径\（R\）和上圆盘悬线的半径\（r\），各测量三次，取平均值。

4、测量空摆盘的扭转振动周期\（T_0\）。

将摆盘轻轻扭转一个小角度（约\（5^｛＼circ}＼）），使其在平衡位置附近做简谐振动。

用电子秒表测量摆动\（50\）次的时间，重复测量三次，计算出平均周期\（T_0\）。

5、将待测刚体（如圆环）放在摆盘上，使二者的中心轴线重合。

测量此时组合体的扭转振动周期\（T\），同样测量三次，取平均值。

6、根据实验数据计算待测刚体的转动惯量。

五、实验数据记录与处理1、实验数据记录｜测量次数｜＼（H_1\）（cm) ｜＼（H_2\）（cm) ｜＼（H_3\）（cm) ｜＼（R_1\）（cm) ｜＼（R_2\）（cm) ｜＼（R_3\）（cm) ｜＼（r_1\）（cm) ｜＼（r_2\）（cm) ｜＼（r_3\）（cm) ｜＼（50\）次空摆盘摆动时间\（t_0\）（s) ｜＼（50\）次组合体摆动时间\（t\）（s) ｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜｜ 2 ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜｜ 3 ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜＿___ ｜2、数据处理（1）计算上下圆盘之间的垂直距离\（H\）的平均值：＼H ＝＼frac{H_1 ＋ H_2 ＋ H_3}｛3}＼（2）计算下圆盘半径\（R\）的平均值：＼R ＝＼frac{R_1 ＋ R_2 ＋ R_3}｛3}＼（3）计算上圆盘悬线半径\（r\）的平均值：＼r ＝＼frac{r_1 ＋ r_2 ＋ r_3}｛3}＼（4）计算空摆盘的扭转振动周期\（T_0\）：＼T_0 ＝＼frac{t_0}｛50}＼（5）计算组合体的扭转振动周期\（T\）：＼T ＝＼frac{t}｛50}＼（6）计算空摆盘的转动惯量\（J_0\）：＼J_0 ＝＼frac{m_0gRr^2T_0^2}｛4\pi^2H}＼（7）计算待测刚体的转动惯量\（J\）：＼J ＝＼frac{m_0gRr^2T^2}｛4\pi^2H} J_0＼六、实验误差分析1、测量仪器的误差：米尺和游标卡尺的精度有限，可能导致测量的长度数据存在误差。

三线摆法测量物体的转动惯量实验报告一、实验目的1、掌握三线摆法测量物体转动惯量的原理和方法。

2、学会使用秒表、游标卡尺、米尺等测量工具。

3、研究物体的转动惯量与其质量分布及转轴位置的关系。

二、实验原理三线摆是由一个均匀圆盘，用三条等长的摆线（摆线长度为 l）对称地悬挂在一个水平的圆盘上构成。

当圆盘绕垂直于盘面的中心轴OO' 作微小扭转摆动时，若略去空气阻力，圆盘的运动可以看作简谐运动。

设圆盘的质量为 m₀，半径为 R₀，对于通过圆盘中心且垂直于盘面的轴的转动惯量为 I₀。

当下盘扭转一个小角度φ 后，它将在平衡位置附近作简谐振动，其周期为：＼（T₀＝2π\sqrt{＼frac{I₀}｛m₀gh}｝＼）其中，g 为重力加速度，h 为上下圆盘之间的距离。

若将质量为 m 的待测物体放在圆盘上，且使待测物体的质心与圆盘的中心轴重合，此时系统对于中心轴的转动惯量为 I，则系统的摆动周期为：＼（T ＝2π\sqrt{＼frac{I}｛（m ＋ m₀)gh}｝＼）联立以上两式可得待测物体对于中心轴的转动惯量为：＼（I ＝（m ＋ m₀)＼frac{T²}｛T₀²}I₀\）三、实验仪器三线摆实验仪、游标卡尺、米尺、秒表、待测物体（圆环、圆柱等）、电子天平。

四、实验步骤1、调节三线摆的上、下圆盘水平。

通过调节底座上的三个旋钮，使上圆盘水平。

然后，在下圆盘上放置水准仪，调节下圆盘的三个地脚螺丝，使下圆盘也处于水平状态。

2、测量上下圆盘的半径 R₀和 R 以及两圆盘之间的距离 h。

用游标卡尺分别测量上、下圆盘的半径，测量 6 次，取平均值。

用米尺测量两圆盘之间的距离 h，测量 3 次，取平均值。

3、测量下圆盘的质量 m₀和待测物体的质量 m。

使用电子天平分别测量下圆盘和待测物体的质量。

4、测定下圆盘的摆动周期 T₀。

轻轻转动下圆盘，使其在平衡位置附近作小角度摆动。

用秒表测量下圆盘摆动 50 次的时间，重复测量3 次，计算出平均摆动周期 T₀。

University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People 's Republic of China三线摆测量刚体转动惯量实验报告李方勇PB05210284 0510 第29 组2 号（周五下午）2006.11.06实验题目三线摆测量刚体转动惯量实验目的1、掌握用三线摆测定物体的转动惯量的方法；2、验证转动惯量的平行轴定理；3、根据误差公式及实际装置、仪器情况、合理选择仪器和安排测量。

实验仪器三线摆，电子秒表，游标卡尺，米尺，水准仪，物理天平，待测的金属圆环和两个质量，形状相同的金属圆柱。

图4－1 三线摆结构实验原理图4－2 下圆盘的扭转振动即：L 2 (H －h)2 R 2 r 2 2Rr cos ,(4.3b) 比较式 (4.1a) 和(4.3b)得： h( H h) Rr (1 cos ).(4.4)把 cos 按级数展开代入上式并消去小量得：221 I 0 ddt m 0gh 恒量，(4.9)(4.6)代入(4.9)并对t 微分,得 : d d 2t 2 m I 0g H Rr ,(4.10) dt I 0H该式为简谐振动方程 ,解得 :2m 0 gRrI 0H 故有:2．在圆盘上加上物体后：2AA 12AC 12A 1C 1 ,(4.1 a)即：L 2 H 22(R r )2,(4.1b)由 O 2C 2 A 2知：2 22A 2C2＝A 2O 2O 2C 2 2 A 2O 2 O 2C 2 cos在直角 AC 2 A 2中：222AA 2 AC 2 A 2C 2 ,(4.3 a )1．三线摆测定物体的转动惯量公式推导： 在直角 AC 1 A 1中：R 2 r 2 2Rr cos ,(4.2)Rr 2,(4.6)12d 212dh2Im 020dt20dt4.8)12dh 2m20dtm 0gRr 4 2H2T 02,(4.11) 2H 机械能守恒得： m 0gh 恒量，Q 12I2 d 2 dtI1 (m04m2H)gRr T12,(4.12)4HI I1 I0 gR2r[(m0 m)T12m0T02],(4.13)4H3．验证转动惯量的平行轴定理2I a I c md 2,(4.14)实验内容1．测定仪器常数R,r,H 。

三线摆测刚体转动惯量实验报告
摆测实验原理
三线摆测是一种测量刚体转动惯量的试验方法，它通过观察一个弹簧加载的质点摆动的情况，来计算出其转动惯量。

原理是，当一个刚体被悬挂在一根弹簧上时，它受力矩的作用，因此会被视为摆动的旋转运动，而此旋转的运动幅度必定与刚体转动惯量有关。

实验设备
实验设备包括一根悬挂刚体的弹簧、一台控制器、一套数据采集系统、一台测力仪和一台智能分析仪。

实验方法
1.将控制器连接到数据采集系统，然后将悬挂刚体部分连接到测力仪上。

2.将悬挂刚体部分放在弹簧上，然后将智能分析仪连接到测力仪，以用于实时监测质点随弹簧的拉伸而发生的摆动。

3.当质点进行一个完整的周期摆动时，智能分析仪将会自动记录每个时间点的力值。

4.将上述记录的数据输入至控制器，并通过计算求出该刚体的转动惯量。

实验结果
根据控制器计算得出，该刚体的转动惯量为54.786 kg·m2。

实验结论
本次三线摆测实验成功，最终得出的转动惯量值为54.786 kg·m2，结果与理论值吻合，实验完成。

刚体转动惯量的实验报告一、实验目的1、学习使用三线摆法测量刚体的转动惯量。

2、掌握测量原理和实验方法，加深对转动惯量概念的理解。

3、研究刚体的转动惯量与质量分布的关系。

二、实验原理三线摆是通过三条等长的摆线将一个匀质圆盘悬挂在一个水平的圆盘上，使下圆盘可以绕中心轴作扭转摆动。

当下圆盘扭转一个小角度时，系统将做简谐运动。

根据能量守恒定律和简谐运动的周期公式，可以推导出下圆盘绕中心轴的转动惯量表达式：＼J_0 ＝＼frac{m_0gRr}｛4\pi^2H}T_0^2＼其中，＼（m_0\）是下圆盘的质量，＼（g\）是重力加速度，＼（R\）是下圆盘的半径，＼（r\）是三条摆线接点到下圆盘中心的距离，＼（H\）是上下圆盘之间的垂直距离，＼（T_0\）是下圆盘的摆动周期。

对于质量为＼（m\）的待测刚体，放在下圆盘上，系统的转动惯量变为＼（J\），摆动周期变为＼（T\），则待测刚体的转动惯量＼（J_x\）为：＼J_x ＝ J J_0 ＝＼frac{（m ＋ m_0)gRr}｛4\pi^2H}T^2 ＼frac{m_0gRr}｛4\pi^2H}T_0^2＼三、实验仪器三线摆实验仪、游标卡尺、米尺、电子秒表、待测刚体（圆环、圆柱等）、天平。

四、实验步骤1、调节三线摆的上下圆盘水平。

通过调节底座上的三个旋钮，使上圆盘的三条悬线等长，并且下圆盘处于水平状态。

2、测量下圆盘的相关参数。

用游标卡尺测量下圆盘的半径＼（R\）和悬线接点到下圆盘中心的距离＼（r\），用米尺测量上下圆盘之间的垂直距离＼（H\）。

3、测量下圆盘的质量＼（m_0\）。

使用天平称出下圆盘的质量。

4、测量下圆盘的摆动周期＼（T_0\）。

轻轻扭转下圆盘一个小角度（约＼（5^｛＼circ}＼）），使其做简谐运动，用电子秒表测量下圆盘摆动＼（50\）次的时间，重复测量＼（5\）次，计算出平均摆动周期＼（T_0\）。

5、将待测刚体放在下圆盘上，测量系统的总质量＼（m ＋ m_0\）和摆动周期＼（T\）。

三线摆测转动惯量实验报告一、实验目的1.1 理解转动惯量的定义和计算方法1.2 掌握三线摆测转动惯量的方法和步骤2.1 通过实验，提高动手能力和实验操作技巧2.2 培养团队协作精神和科学探究能力3.1 分析实验数据，得出结论3.2 提高对物理学知识的理解和应用能力二、实验器材与材料1. 三线摆：一个固定在支架上的三线摆，摆锤长度约为30cm,摆角为0°至180°。

2. 弹簧秤：用于测量物体的质量。

3. 细绳：用于连接三线摆的摆锤和固定点。

4. 计时器：用于记录实验时间。

5. 笔记本：用于记录实验数据和观察现象。

6. 砝码：用于校准弹簧秤。

三、实验步骤与方法1. 将三线摆调整到水平状态，确保摆锤与固定点在同一水平线上。

然后，用细绳将摆锤与固定点连接起来，使细绳呈“8”字形。

2. 用砝码校准弹簧秤，使其精确度达到0.1g。

3. 将待测物体(如小球)放在三线摆的摆锤上，记录物体的质量m和摆锤的高度h。

注意保持物体与摆锤之间的相对位置不变。

4. 使用计时器记录物体从静止开始到达平衡位置所需的时间t。

重复以上步骤多次，取平均值作为实验数据。

5. 根据实验数据，计算出物体的转动惯量I和摆长L的关系式：I = (m * L^2) /2h^2。

其中，m为物体质量，L为摆长，h为摆锤高度。

6. 分析实验结果，讨论转动惯量与物体质量、摆长等因素之间的关系。

四、实验结果与讨论通过本次实验，我们成功地测量了三线摆测转动惯量的方法，并得出了物体转动惯量与质量、摆长之间的关系。

在实验过程中，我们不仅提高了动手能力和实验操作技巧，还培养了团队协作精神和科学探究能力。

在实验过程中，我们发现物体的质量越大，转动惯量越大；摆长越长，转动惯量也越大。

这与理论知识相符，说明我们的实验方法是正确的。

我们还观察到了一些有趣的现象，如当物体质量较小时，需要增加计时器的精度才能准确记录物体到达平衡位置的时间；当摆长较大时，需要增加砝码的重量才能使弹簧秤精确度达到0.1g。