大学物理实验报告-刚体转动定律

刚体转动实验报告摘要本实验以旋转轴定理、角动量定理和守恒定理为依据，通过对实验所提供的刚体在转动过程中各物理量的测量，验证这几个重要物理定理，并探究它们在实验中的应用及限制。

实验结果表明：在转轴恒定条件下，刚体的旋转惯量与质量和几何形状有关；在转轴变化的情况下，角动量守恒定律仍然适用，但需要对转轴定位进行精确测量；而其中的转动能守恒定律则要求转动时无摩擦力的产生。

问题及目的1. 验证刚体旋转轴定理、角动量定理和角动量守恒定律；2. 探究这几个重要物理定理在实验中的应用及限制。

实验仪器1. 万能计时器；2. 两块小木块、圆盘；3. 轴承、铁丝架、滑轮；4. 直尺、游标卡尺、天平。

实验步骤及思路1. 在转动轴上悬挂一根直径小于轴的铁丝，用铁丝扣住刚体的一端，即可将刚体沿其自身对称轴转动起来。

通过测量刚体转动的周期和转角，可求出该刚体的旋转惯量；2. 向一个普通的方形木块固定一个相同体积的小木块，使它们共同沿X方向下落。

当它们碰撞时，它们间的运动能被转化为木块围绕自身重心的旋转动能，该旋转轴与观察者所在的Y轴垂直。

通过测量刚体旋转的周期、转角，可求出该刚体的角动量、角速度和角加速度；3. 将一个铝制的圆盘放置于磅秤盘上，然后将磁铁在圆盘两端间来回移动，使圆盘开始自转。

通过测量圆盘的动能沉积和自转周期，可求出圆盘的自转角速度和旋转惯量。

实验结果1. 以固定的轴为转轴，测量出了刚体在转动过程中的周期为T=1.80s，转角为 2*pi。

同样得出圆盘的质量为m=713g，旋转半径为 r=10.8cm，自转周期为3.22s，自转惯量为0.00775 kg-m^2。

2. 碰撞实验得出小木块与木方块的碰撞速度为3.25m/s，并测量了小块与大块之间的距离为8.7cm。

因此，通过角动量定理，可以得出刚体横向速度为相反方向的v'=0.254m/s，且刚体角速度与碰撞之前相同。

3. 由于角动量守恒定律只适用于没有外部摩擦力的情况下，因此在实验过程中，需要注意轴承、滑轮和铁丝架等部件的摩擦和滑动阻力，并进行相应的修正。

物理刚体转动实验报告
物理实验报告：刚体转动
实验目的：
本实验旨在通过观察刚体在转动过程中的运动规律，探究刚体的转动惯量和转
动定律，并验证转动定律的适用性。

实验器材：
1. 旋转台
2. 刚体
3. 质量盘
4. 弹簧测力计
5. 计时器
实验原理：
刚体的转动惯量是描述刚体对转动的惯性大小的物理量，它与刚体的质量分布
和转动轴的位置有关。

转动定律则描述了刚体在受到外力矩作用下的转动运动
规律，即角加速度与外力矩成正比，与转动惯量成反比。

实验步骤：
1. 在旋转台上安装刚体，并将质量盘固定在刚体上。

2. 用弹簧测力计测量施加在刚体上的外力矩。

3. 通过改变外力矩的大小和方向，观察刚体的转动运动规律，并记录相关数据。

4. 根据实验数据计算刚体的转动惯量，并验证转动定律。

实验结果：
通过实验观察和数据处理，我们得出了刚体转动的运动规律和转动惯量的计算
结果。

实验结果表明，转动定律在描述刚体转动运动规律方面具有很好的适用性，而转动惯量与刚体的质量分布和转动轴的位置确实存在一定的关系。

实验结论：
通过本次实验，我们深入了解了刚体转动的运动规律和转动惯量的计算方法，验证了转动定律的适用性。

这对于我们理解刚体转动运动的规律和应用转动定律解决实际问题具有重要的意义。

总结：
刚体转动实验为我们提供了一个直观的观察刚体转动运动规律的机会，通过实验数据的分析和处理，我们不仅加深了对转动定律的理解，还掌握了刚体转动惯量的计算方法。

这将有助于我们更好地理解和应用刚体转动的相关知识，为今后的学习和研究奠定了坚实的基础。

一、实验目的1. 验证刚体转动定律。

2. 测定刚体的转动惯量。

3. 探讨刚体转动惯量与质量分布的关系。

4. 学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二、实验原理1. 刚体转动定律：具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比。

即：\[ M = I \alpha \]其中，\( M \) 为外力矩，\( I \) 为刚体的转动惯量，\( \alpha \) 为角加速度。

2. 转动惯量：刚体对某一轴的转动惯量，等于刚体上各质点对该轴的转动惯量之和。

其数值为：\[ I = \sum_{i=1}^{n} m_i r_i^2 \]其中，\( m_i \) 表示刚体的某个质点的质量，\( r_i \) 表示该质点到转轴的垂直距离。

3. 应用转动定律求转动惯量：待测刚体由塔轮、伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度 \( a \) 下落，其运动方程为：\[ mg - T = ma \]在 \( t \) 时间内下落的高度为 \( h \)，则有：\[ h = \frac{1}{2} a t^2 \]刚体受到张力的力矩为 \( T r \) 和轴摩擦力力矩 \( M_f \)。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：\[ T r - M_f = I \alpha \]绳与塔轮间无相对滑动时有 \( a r = \frac{mg - T}{m} \)，上述四个方程联立可得：\[ M_f = \frac{m r}{2} g - T r \]因此，转动惯量 \( I \) 可表示为：\[ I = \frac{m r}{2} g - \frac{T r}{\alpha} \]由于 \( M_f \) 与张力矩相比可以忽略，砝码质量 \( m \) 比刚体的质量小的多时有 \( a \ll g \)，所以可得到近似表达式：\[ I \approx \frac{m r}{2} g \]三、实验仪器1. 刚体转动仪2. 滑轮3. 秒表4. 砝码5. 测量尺四、实验内容1. 调节实验装置：调节转轴垂直于水平面，调节滑轮高度，使拉线与塔轮接触良好。

大学物理实验报告-刚体转动定律
实验目的：探究刚体转动的基本定律。

实验仪器：转动台、刚体转轴、刚体、刻度盘、秤、细线、阻尼器。

实验原理：刚体转动的基本定律包括：1）转动定律：刚体受
外力矩的作用产生角加速度，且角加速度与作用力矩成正比，与物体的转动惯量成反比；2）动量定理：刚体的角动量在无
外力矩作用下保持守恒。

实验步骤：
1. 将转动台放在水平桌面上，并调整水平度。

2. 将刚体转轴安装在转动台上，保证转轴能够自由转动。

3. 在转轴上放置刚体，并固定好。

4. 将刻度盘压在转轴上，确保盘面与刚体转动面平行，并零位对准。

5. 在刚体上绑上细线，另一端挂上适量的重物。

6. 调整阻尼器，使刚体转动不受外界干扰。

7. 按下计时器，同时放开刚体。

8. 记录刚体的转动时间，并测量刚体转过的角度。

9. 重复实验多次，取平均值。

实验数据处理：
1. 根据实验数据计算刚体的转动惯量，转动惯量的计算公式为：
I = m * g * R * T^2 / (2 * π^2 * θ)，其中m为挂在细线末端的
重物质量，g为重力加速度，R为细线长度，T为转动时间，θ
为刚体转过的角度。

2. 将实验得到的转动惯量与刚体的几何结构进行比较，检验是
否符合刚体转动定律。

3. 计算实验误差，评估实验结果的可靠性。

实验注意事项：
1. 安全操作，避免伤害自己和他人。

2. 实验时要保持转动台的稳定，阻尼器的正确调整。

3. 实验时要注意量具的准确读数和记录。

4. 实验结束后，保持实验环境整洁，归还实验器材。

篇一：大学物理实验报告测量刚体的转动惯量测量刚体的转动惯量实验目的：1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二.实验原理:1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：m = iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。

2．应用转动定律求转动惯量图片已关闭显示，点此查看如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落的高度为h=at/2。

刚体受到张力的力矩为tr和轴摩擦力力矩mf。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：tr - mf = iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：22m(g - a)r - mf = 2hi/rt (2)mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式：2mgr = 2hi/ rt (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量i。

3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：2a．作m – 1/t图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：2m = k1/ t (4)2式中k1 = 2hi/ gr为常量。

上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。

实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。

即若所作的图是直线，便验证了转动定律。

222从m – 1/t图中测得斜率k1，并用已知的h、r、g值，由k1 = 2hi/ gr求得刚体的i。

篇一：大学物理实验报告测量刚体的转动惯量测量刚体的转动惯量实验目的：1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二.实验原理:1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：m = iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。

2．应用转动定律求转动惯量图片已关闭显示，点此查看如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落的高度为h=at/2。

刚体受到张力的力矩为tr和轴摩擦力力矩mf。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：tr - mf = iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：22m(g - a)r - mf = 2hi/rt (2)mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式：2mgr = 2hi/ rt (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量i。

3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：2a．作m – 1/t图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：2m = k1/ t (4)2式中k1 = 2hi/ gr为常量。

上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。

实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。

即若所作的图是直线，便验证了转动定律。

222从m – 1/t图中测得斜率k1，并用已知的h、r、g值，由k1 = 2hi/ gr求得刚体的i。

物理刚体转动实验报告物理刚体转动实验报告引言物理实验是学习物理知识的重要环节之一。

在本次实验中，我们将研究物理刚体的转动性质。

通过实验，我们可以更好地理解刚体转动的基本原理和相关概念，加深对物理学的认识。

实验目的本次实验的主要目的是研究物理刚体的转动惯量和转动定律。

具体来说，我们将通过测量刚体的转动半径和旋转时间，计算刚体的转动惯量，并验证转动定律的正确性。

实验原理刚体转动的基本原理是转动惯量和转动定律。

转动惯量是刚体对转动的惯性，表示刚体旋转时所具有的惯性量。

转动定律则描述了刚体转动的力学规律。

根据转动定律，刚体的转动惯量与刚体质量、形状以及旋转轴的位置有关。

实验装置本次实验所用的装置主要包括一个刚体转动装置、一个测量刻度尺、一个计时器以及一些辅助工具。

刚体转动装置由一个固定轴和一个可旋转的刚体组成，可以通过调整固定轴的位置来改变刚体的转动半径。

实验步骤1. 首先，将刚体转动装置固定在实验台上，并将刚体放在装置的转动轴上。

2. 调整固定轴的位置，使刚体的转动半径为一定值。

可以通过测量刻度尺上的刻度来确定转动半径。

3. 启动计时器，并记录刚体旋转一定角度所用的时间。

4. 重复步骤2和步骤3，分别改变转动半径，记录不同条件下的旋转时间。

5. 根据实验数据，计算刚体的转动惯量，并进行数据分析和讨论。

实验结果与分析通过实验测量得到的数据，我们可以计算出刚体的转动惯量。

根据转动定律，我们可以验证实验结果的正确性。

在实验中，我们可以发现，当转动半径增大时，刚体的转动惯量也随之增大。

这与转动定律的预测是一致的。

此外，我们还可以通过实验数据来分析刚体的转动性质。

例如，我们可以研究刚体的转动惯量与质量、形状以及旋转轴的位置之间的关系。

通过比较不同刚体的转动惯量，我们可以得出一些有关刚体性质的结论。

实验结论通过本次实验，我们深入了解了物理刚体的转动性质。

通过实验数据的分析，我们验证了转动定律的正确性，并得出了一些关于刚体转动的结论。

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\）。

刚体转动实验实验报告一、实验目的1、学习使用刚体转动实验仪测量刚体的转动惯量。

2、验证刚体转动定律和转动惯量的平行轴定理。

3、掌握数据处理和误差分析的方法。

二、实验原理1、刚体的转动惯量刚体绕固定轴转动时的转动惯量 I 等于刚体中各质点的质量 mi 与它们各自到转轴距离 ri 的平方的乘积之和，即：I ＝Σ mi ri²2、刚体转动定律刚体绕定轴转动时，刚体所受的合外力矩 M 等于刚体的转动惯量 I 与角加速度β的乘积，即：M ＝Iβ3、转动惯量的平行轴定理若刚体对通过质心 C 的轴的转动惯量为 Ic，对与该轴平行且相距为d 的另一轴的转动惯量为 Ip，则有：Ip ＝ Ic ＋ md²三、实验仪器刚体转动实验仪、秒表、砝码、游标卡尺、米尺等。

四、实验步骤1、调节刚体转动实验仪将实验仪调至水平状态，通过调节底座的螺丝，使实验仪上的气泡位于水准仪的中心。

调整塔轮和定滑轮之间的细线，使其处于紧绷状态，且与转轴垂直。

2、测量塔轮半径 R 和绕线轴半径 r使用游标卡尺分别测量塔轮的外半径 R1、内半径 R2，取平均值得到塔轮半径 R。

同样用游标卡尺测量绕线轴的半径 r。

3、测量刚体的质量 M 和形状尺寸用天平称出刚体的质量 M。

用米尺测量刚体的几何尺寸，如圆盘的直径、圆柱的长度和直径等。

4、测量空载时刚体的转动惯量在刚体上不添加砝码，轻轻转动刚体，使其在摩擦力矩的作用下做匀减速转动。

用秒表记录刚体转过一定角度θ所需的时间 t1。

5、测量加载砝码时刚体的转动惯量在绕线轴上逐渐添加砝码，使刚体在重力矩的作用下做匀加速转动。

用秒表记录刚体转过相同角度θ所需的时间 t2。

6、验证转动惯量的平行轴定理将两个相同的圆柱体对称地放置在刚体上，使其质心与转轴的距离分别为 d1 和 d2。

测量刚体在这种情况下转过相同角度θ所需的时间 t3。

五、实验数据记录与处理1、实验数据记录｜实验次数｜塔轮半径 R （cm) ｜绕线轴半径 r （cm) ｜刚体质量 M （kg) ｜空载时间 t1 （s) ｜加载时间 t2 （s) ｜平行轴时间 t3 （s) ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜｜ 2 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜｜ 3 ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜＿_____ ｜2、数据处理（1）计算塔轮半径 R 和绕线轴半径 r 的平均值：R ＝（R1 ＋ R2) ／ 2r ＝（r1 ＋ r2) ／ 2（2）计算空载时刚体的角加速度β1：β1 ＝θ ／ t1²（3）计算加载砝码时刚体的角加速度β2：β2 ＝θ ／ t2²（4）计算空载时刚体的转动惯量 I1：I1 ＝（M （R r)²) ／（β1 g)（5）计算加载砝码时刚体的转动惯量 I2：I2 ＝（M （R r)²＋ mgr) ／（β2 g)（6）计算平行轴定理验证时刚体的转动惯量 I3：I3 ＝（M （R r)²＋ 2m(d1²＋ d2²)）／（β3 g)3、误差分析（1）测量仪器的误差：游标卡尺和秒表的精度有限，可能导致测量结果存在一定的误差。