三线摆测量物体转动惯量实验方法的改进
关键词：三线摆；转动惯量；误差分析；光控
The Improvement of Measuring the Moment of Inertia through Trifilar Pendulum Experiment
Abstract: This paper first introduces four aspects of the trifilar pendulum experiment, including its meaning, current situation, theory and content. Then on the basis of the analysis which analyzes the factors affecting its precision, this paper puts forward some improvements for the period measurement, swinging angle control and rotating shaft fixed device. This paper also proposes some prioritization schemes to reduce the errors through the analysis of the experiment's errors. Finally, compared the accuracy and efficiency of the experiment, this paper comes to a conclusion that, after the improvement, the accuracy of the experiment has been increased about 18 times and the efficiency has been increased about 5 times.
Key words: Trifilar Pendulum; Moment of Inertia; Error Analysis; Optical-control
目录
摘要 1
引言 1
1.三线摆实验研究的历史及现状 2
1.1三线摆实验研究目的和意义 2
1.2三线摆实验研究的现状及趋势 2
1.3 三线摆实验简介 4
2.实验的改进 7
2.1 设备构成简介 7
2.2 实验装置的改进 7
2.3 装置改进后的实验原理图 11
2.4 装置改进后的实验操作步骤 11
3.系统误差及数据处理分析 12
3.1系统误差分析 12
3.2数据处理 16
3.3结果与讨论 17
4.结束语 18
参考文献 19
致谢 20,3690
引言
转动惯量是理论力学中的一个基本的物理量，它是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布以及所选转轴的位置。对于几何形状简单、质量分布均匀的刚体可以直接用公式计算出它相对于某一确定转轴的转动惯量。但是，对于外形复杂和质量分布不均匀的物体就只能通过试验的方法来精确地测定其转动惯量了，因此用实验的方法来测量刚体的转动惯量就显得更为重要了。测量物体转动惯量的方法很多，如三摆线法、扭摆法等。其中三摆线法有着物理图像清楚、操作简便易行、适合各种形状等优点。因此，三线摆测量物体转动惯量的实验一直以来都是理工科物理实验中一个常见的实验项目。但是，三线摆法也有一些因传统的实验装置和依靠人类手工操作而引起实验误差的因素，本文在分析引起该实验误差因素的基础上，介绍的对三线摆实验的改进，就是基于减小因该实验传统的实验装置和依靠人类手工操作所产生的误差的例子。
1. 三线摆实验研究的历史及现状
1.1 三线摆实验研究目的和意义
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。转动惯量是物体在旋转中惯性大小的量度，它与物体的轴的位置、形状和总质量分布有关。对于形状简单，质量分布已知的物体，可以通过运用数学方法计算出他绕特定轴的转动惯量。但在形状复杂，质量分布未知的情况下，用数学方法计算物体的转动惯量非常困难，所以，多采用试验的方法进行测量。因此，用实验的方法进行测量物体的转动惯量就显得意义重大了。
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