三线摆测量物体转动惯量实验方法的改进(4)
时间:2016-11-15 14:46 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
测出仪器各参数： 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，而 其中， 和 分别是上下盘上三线的孔距。 (2)测量下盘的转动惯量 使三线摆保持静止，然后轻轻转动上盘带动下盘转动(下盘转角小于 )。 用秒表测出50次完全摆动周期的时间t，测三次，求出平均周期 ，带入(5)式计算出 ，并与理论值 相比较，求出百分差。 (3)测量某一圆环的转动惯量 将待测圆环置于下盘上，使两者中心轴重合，按照上面的步骤测出 ，由(6)计算出 ，并与理论值 比较，求出其百分差( 、 分别是待测圆环的内半径和外半径)。 2. 实验的改进 三线摆测量物体转动惯量的实验是理工科物理实验中一个常见的实验项目，它有着许多自身的优点，比如说：物理图像清晰、操作简便易行、适合各种形状等。因此，在工业领域和生产实践中都得到了广泛的应用，但是，由于传统的依靠人类手工操作，使得测量精度不是很高，测量效率不是很理想，并且在下盘转动的过程中往往还伴随有摆动，这样就使得要准确的测量下摆的转动惯量就比较的困难了。在实验的过程中引起误差的主要因素为以下四种：(1)三线摆在转动的过程中需要满足机械能守恒，在实验过程中，下盘不能有平动，并且忽略空气的阻力以及悬线的扭力和自身的重力，转动角还要小于 ；(2)实验过程中，三线摆的转轴需保持不变；(3)放入被测物体后，转动过程中被测物的转轴要和三线摆的转轴保持一致；(4)计时器的计时要和三线摆的转动周期保持同步。除了以上四个产生误差的主要因素外，传统的依靠人类手工操作也会导致相应的误差。本文介绍的对三线摆实验的改进，就是基于减小以上四种因实验装置和传统依靠人类手工操作所产生的误差的例子。本文是通过对三线摆实验进行适当的改进，来提高三线摆的测量效率，减小实验误差，从而提高三线摆的测量精度，让其在工业领域和生产实践中得到更广泛的应用。 2.1 设备构成简介 J-L24型三线摆、MUJ-Ⅱ型电脑通用计数器(2个)、JGQ-250 He-Ne激光器、气垫导轨光电门(2套)、GK-1光电门试架(3个)。 2.2 实验装置的改进 从该实验的原理式(5)和(6)，我们可以看出 、 、 、 、 只要测量的仪器合理，测量的误差是很小的。因此， 和 的测量才是这个实验产生测量误差的主要原因。引起周期测量不准的原因主要有以下几方面： (1)摆动角度不能超过 ； (2)摆动时转轴应保持不变； (3)被测物与摆的转轴要重合； (4)计时器的操作和摆的转动周期要同步。 前三项可以在测量之前，通过对仪器的改造和调解就可以满足要求。只有最后一项是随机的，是在实验进行时产生的，因此提高本实验测量精度的关键是改进周期测量方法。下面，本文就在王淑贤提出的用光控数字毫秒计测量周期的方法的基础上，对其进行改进，以减小其装置在下盘质量分布不均匀方面的影响。下面具体的介绍周期测量装置的设计与操作： ①取一块镜片，裁取长度为60mm，宽度为10cm(宽度要大于所待测环的高度)的平面镜3片； ②将3片平面镜，按图2所示对接在一起（镜面朝外），形成一个三角形镜面体； 图2 三角形镜面体图示 ③将一组同心圆用A4纸打印出来，粘到三线摆的下盘上，使同心圆的圆心与下盘圆心重合； ④将三角形镜面体放在三线摆的下盘上，使三角镜面体的三个镜面均与下盘上其中一个圆相切。 ⑤将光电门的光线发射装置和光线接收装置分开，如图4所示放在一块镜面的一侧，利用反射定理调解光线发射装置和光线接收装置的位置，使光线发射装置发射的光线可以被光线接收装置接受到(注意光线发射装置和光线接受装置要保持相平)。 (责任编辑：qin) |