扭摆法测定物体转动惯量实验报告（精选合集）

扭摆法测定物体的转动惯量

一、实验目的

1.测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）K。

2.测定熟料圆柱体、金属圆筒、木球与金属细长杆的转动惯量。

3.验证转动惯量的平行轴定理。

二、实验器材

扭摆、转动惯量测试仪、金属圆筒、实心塑料圆柱体、木球、验证转动惯量平行轴定理用的金属细杆（杆上有两块可以自由移动的金属滑块）、游标卡尺、米尺 托盘天平。

三、实验原理

1.测量物体转动惯量的构思与原理

将物体在水平面内转过以角度 θ 后，在弹簧的恢复力矩作用下物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。更具胡克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩 M 与所转过的角度 θ 成正比，即 M K   

式中 K 为弹簧的扭转常数。

若使 I 为物体绕转轴的转动惯量，β 为角加速度，由转动定律 M I   可得 M KI I    

令2KI ，忽略轴承的磨察阻力距，得 222ddt     

上式表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。方程的解为 cos()A t     

式中 A 为简谐振动的角振幅， 为初相位角， 为角速度。谐振动的周期为 22ITK 

由上式可知，只要通过实验测得物体扭摆的摆动周期，并在 I 和 K 中任何一个量已知时即可计算出另外一个量。

本实验使用一个几何形状规则的小塑料圆柱，它的转动惯量可以根据质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，将其放在扭摆的金属载物盘上，通过测定其在扭摆仪上摆动时的周期，可算出仪器弹簧的 K 值。若要测定其他形状物体的转动

惯量，只需将待测物体安放在同一扭摆仪顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。

假设扭摆上只放置金属载物圆盘时的转动惯量为0I，周期为0T，则 220 04T IK

若在载物圆盘上放置已知转动惯量为“1I 的小塑料圆柱后，周期为1T，由转动惯量的可加性，总的转动惯量为”0 1I I ，则 2 22 “ 2 ”1 0 1 0 14 4()T I I T IK K    

解得 “212 21 04IKT T  以及 ” 21 002 21 0I TIT T

若要测量任何一种物体的转动惯量，可将其放在金属载物盘上，测出摆动周期T，就可算出其转动惯量 I，即 2024KTI I 

本实验测量木球和金属细杆的转动惯量时，没有用金属载物盘，分别用了支架和夹具，则计算转动惯量时需要扣除支架和夹具的转动惯量。

2.验证物体转动惯量的平行轴定理

本实验利用金属细杆和两个对称放置在细杆两边凹槽内的滑块来验证平行轴定理。测量整个系统的转动周期，可得整个系统的转动惯量的实验值为 224KTI

当滑块在金属细杆上移动的距离为 x 时，根据平行轴定理，整个系统对中心轴转动惯量的理论计算公式应为 “ 2+2 +2m I I I I x  细杆 夹具 滑块 滑块 式中 I 滑块 为滑块通过滑块质心轴的转动惯量理论值。

如果测量值 I 与理论计算值”I 相吻合，则说明平行轴定理得证。

四、实验步骤

1.熟悉扭摆的构造及使用方法，熟悉转动惯量测试仪的使用方法。

2.测出塑料圆柱体的外径，金属圆筒的内、外径，木球直径，金属细长杆长度及个物体质量（各测量 3 次）。

3.调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪的气泡位于中心。

4.装上金属载物盘，调整光电探头的位置使载物盘上的挡光杆处于其缺口中央且能遮住发射、接受红外光线的小孔。测定摆动周期0T。

5.将塑料圆柱体垂直放在载物盘上，测定摆动周期1T 。

6.用金属圆筒代替塑料圆柱体，测定摆动周期3T 。

7.取下载物盘、装上木球，测定摆动周期4T （在计算木球的转动惯量时，应扣除支架的转动惯量）。

8.取下木球，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合），测量摆动周期5T （在计算金属细杆的转动管粮食以扣除夹具的转动惯量）。

9.将滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，此时滑块质心理转轴的距离分别为5.00cm，10.00cm，15.00cm，20.00cm，25.00cm，测定摆动周期 T，验证转动惯量的平行轴定理（在计算转动惯量时，应扣除夹具的转动惯量）。

五、实验数据记录

刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m 周期/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m（）

实验值/-4 210 kg m（）

百分差 金属载物盘

01T

“ 21 002 21 0I TIT T

02T

03T

0T

小塑料圆柱

11D

11T

2”1 11= m8I D 211 024KTI I 

12D

12T

13D

13T

1D

1T

大塑料圆柱

21D

21T

2“2 21= m8I D 222 024KTI I 

22D

22T

23D

23T

2D

2T

刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m 周期/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m（）

实验值/-4 210 kg m（）

百分差 金属圆筒

1D 外

31T2”31= m +8I D D外 内（）

233 024KTI I 

2D 外

3D 外

32T

D 外

1D 内

33T

2D 内

3D 内

3T

D 内

刚体转动惯量的测定 物体名称 质 量/kg 几何尺寸/210 m 周期/s 转 动 惯 量/-4 210 kg m（）

实验值/-4 210 kg m（）

百分差 木球

1D 直

41T

2“41= m10I D 直 24 4240.187KI T II 支座支座

2D 直

42T

3D 直

43T

D 直

4T

金属细杆

1L

51T

2”51= m10I L 25 5240.321KI T II 夹具夹具

2L

52T

3L

53T

L

5T

平行轴定理的验证 2/10 x m 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 1/ T s

2/ T s

3/ T s

/ T s

实验值/-4 210 kg m（）

224KTI

理论值/-4 210 kg m（）

” 2 2522 242 =0.753KI T mx II  滑块滑块

百分差

扭摆法测定物体转动惯量 目的

1）熟悉扭摆的构造、使用方法，以及转动惯量测试仪的使用方法；

2）学会用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭转常数，并通过理论公式推算出物体的转动惯量；

3）验证转动惯量与距离平方的关系。实验原理

扭摆、计数器、游标卡尺、电子天平

将物体在水平面内转过一定的角度，在扭摆的弹簧的恢复力矩作用下物体绕垂直轴作往返扭转运动。根据胡克定律有：

M=-KΘ（1）

根据转动定律有：

M= Ιβ（2）

2令ω=K/I，忽略轴承的摩擦阻力矩，由（1）、（2）得：

ddt22KI

2上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速与角位移成正比，且方向相反。此方程的解为：

Acos(t)

式中，A为谐振动的角振幅，φ为初相位角，ω为角速度，此谐振动的周期为：

T由（3）式得：

IKT42222IK

（3）

可见只要知道弹簧扭转常数，测得物体扭摆的摆动周期，便可确定物体的转动惯量I。弹簧扭转常数测量方法

本实验利用公式法先测得圆柱体的转动惯量，再用扭摆测出载物盘的摆动周期T1，再把圆柱体放到载物盘上，测出此时的摆动周期T2，分别代入（4）式，整理得：

K其中I0为圆柱体的转动惯量。

3、数据记录和处理

表1

测定扭转常数和球体转动惯量

M圆柱体（g）t1（20 T, n =41）s t2（20 T, n =41）s D(mm）t球（20 T, n =41）

4I0T222T1（5）

表2

验证转动惯量平行轴定理

t杆（10 T, n =21）X=5.00cm X=10.00cm X=15.00cm X=20.00cm X=25.00cm ①圆柱体的转动惯量：

经肖维涅准则检验，D没有坏值

I柱18MD218355.259.970224.41410gcm

32uDS2Dm320.910320.0023220.811.310231.5103EI柱uDum2DMI柱I柱221.51030.0299.970355.25330.030%

uEII柱0.030%4.414100.002010

②弹簧的扭转常数 t114.82,St0.014,1C6St10.024,无坏值,3St15.7103

3t220.17,St5.2102,C6St20.009,无坏值,2t2St2t22.210ut1S22t1m3222ut22Sm32u2ut2ut2t22t112t2t2t120.17214.821.45187.20Etut2t22100%187.20100%0.77%

K42I02T2T143.1424.4141023220220.1714.82

EuKKEk2I柱E2t20.06%0.77%6220.77%

EK0.77%0.37201060.002910

③测球体的转动惯量：

t球13.35,St球0.01,C6St球0.02,无坏值,S2t球4.1103

I球KT4222Kut1S22tm32Etut2t31013.350.22%

EI球E2Et0.8%20.44%40.91%

4uI球EI球I球0.91%1.681100.01510

验证平行轴定理

622K(t5t杆)Kt50.372010(23.9220.92)22I5I1010杆222410443.14表40.3720134.5210421.26910(gcm)49.86222验证转动惯量与距离的关系

X(10cm)222

IxK(txt杆)4222102(10gcm)

520.25 1.00 2.25 4.00 6.25 0.1269 0.4808 1.072 1.901 2.978

平行轴定理：IICmX2IC是常数，就是I杆

4、实验结果：

32I柱I柱uI柱4.4140.00210gcm

(P=68.3%)0.030%EI柱

6KKuK0.3720.00310(gcmEK0.8%2/s)2(P=68.3%)

42I球I球uI球1.680.0210(gcm)(P=68.3%)0.9%EI球

五、讨论

转动惯量实验报告

一．实验目的(1)

学会用落体法转动实验仪测定刚体的转动惯量；

(2)

研究刚体的转动惯量与形状、大小及转轴位置的关系。

三．实验仪器描述

本实验所用 NNZ-2 型刚体转动实验仪由主机和测量仪表与拉线牵引台辅机及待测刚体球、环、盘、棒等组成。主机包括基础转盘和测量传感器；辅机由转数表和计时表、拉线、悬臂及砝码。

四．实验内容

1.测量基础转盘的转动惯量

2.测量圆环(戒圆盘)的转动惯量

3.测双球的转动惯量并用球体验证平行移轴定理。

五．测量及实验步骤

1.测量基础转盘的转动惯量：

将主机上的霍尔传感器输出端插头和电磁铁及电插头，插入辅机的对应插口。将砝码托盘上的挂线穿过悬臂上的滑轮并使其一端固定在转轴上。

（1）调节好主机和辅机的高度，使拉线与悬臂轴线平行，为此，悬臂上设有两个定位钉，使拉线通过两个定位钉即可。

（2）打开辅机上的电源开关，这时电磁铁会自动将基础转盘锁住。我们已将转数设为 16 个脉冲，即测量转 2 周的转动时间。

（3）绕线与测试准备–测试键-完成测试：主机因电磁铁失电而解锁，砝码从静止开始下落，刚体转动 2 周后，电磁铁自动吸合，重新锁紧转动的刚体，并显示刚体转动 2 周的下落时间。绕线键-主机解锁，重新绕线，绕线合适位置后完毕按下准备键，仪表全部数据归零，做好测量准备，主机（转动刚体）通过电磁铁被锁紧；按下测试键,再次测试转动 2 周的时间。

这里要特别强调，绕线到合适位置的含义。因为我们要测出刚体完整转动2 周的时间，霍尔传感器给出开始和结束讯号的位置就必须是同一位置，这是减少误差的重要环节。

（4）测试

在砝码托盘上放 200g 砝码，然后点按一下测试键，电磁铁失电，砝码带动刚体作匀加速转动，计时仪表开始计时，当刚体转动 2 周结束

时，电磁铁将自动重新转盘锁住并停止计时。把这一时间记彔在表格上。按表格要求，重复测量 5 次。

（5）在砝码托盘上放 300g 砝码，重复上述步骤。

2、测量圆环的转动惯量：

（1）将圆环对准基本盘的定位钉将其放好。

（2）按测量基础盘转动惯量的步骤（1）–（5）完成测量并记彔好有关数据。

3、用球体验证平行移轴定理：

（1）将两个圆球分别放置在基础盘的对称的两个圆孔中。

（2）按测量基础盘转动惯量的步骤（1）–（5）完成测量并记彔好有关数据。

六、记录表格

下面的记彔表格已表明实验的流程：

对每个待测物体，每加一次力都重复 5 次测量,求出时间平均值。其它表格自行设计。

篇一：改变物体的沉浮实验报告单 改变物体的沉浮实验报告单 篇二：鸡蛋沉浮实验报告

鸡蛋沉浮实验报告图一 白醋 图二白水 盐水

图三

现象：图一和图三与图二对比，可以看出在盐水和白醋中的鸡蛋是上浮的，但在白开水中，鸡蛋是沉在底下

原理：随着盐水，白醋，的密度增大而鸡蛋的密度不变，物体的浮沉与浸入液体密度大小的关系?? 浸入液体密度大于物体的密度——漂浮?? 浸入液体密度等于物体的密度——悬浮?? 浸入液体密度小于物体的密度——下沉篇三：五年级下学期科学实验报告单 第一单元 沉和浮

实验名称：

1、观察物体的沉浮 实验目的：

1、让学生根据已有的生活经验进行猜测，展示他们对沉浮判断的初始概念。

2、观察不同物体的沉浮情况，并与预测进行对照，发现问题。

3、引发思维，初步讨论哪些因素会影响物体的沉浮。

实验器材：小石块、泡沫块、回形针、蜡烛、带盖空瓶、苹果、橡皮、水槽 实验步骤：

1、预测七种物体在水中的沉浮并说明理由。

2、依次把七种物体放入水中，观察记录。

3、把实验结果和预测情况进行对比，讨论影响沉浮的因素。实验结果 现象和结论：

沉的物体有小石块、回形针、橡皮，浮的物体有泡沫块、蜡烛、带盖空瓶、苹果。不同物体在水中的沉浮情况不同。

实验名称：

2、观察同种材料构成的物体在水中的沉浮 实验目的：

1、知道同种材料构成的物体，改变它的重量和体积，沉浮状况不改变。

2、学会用切分和叠加物体的方法研究沉浮变化。

实验器材：橡皮、苹果、回形针、小木块、小刀、胶带、水槽 实验步骤：

1、把橡皮和苹果放入水中，观察沉浮状态。

2、把橡皮和苹果分别按1/

2、1/

4、1/

8、更小的要求切小，预测沉浮并说明理由。

3、把回形针和小木块放入水中，观察沉浮状态。

4、把几个回形针串在一起，把2个小木块粘在一起，预测沉浮并说明理由。

5、观察记录，讨论实验发现。

现象和结论：同种材料构成的物体，改变它的重量和体积，沉浮状况不改变。

1、建议不要使用教材里安排的萝卜，因为萝卜各部分的密度不均匀，切割之后沉浮状态容易发生变化。

2、概括结论最好分三步，先从“橡皮和苹果的切割实验”得出减少同种物体的重量和体积沉浮状态不改变，再从“回形针串联和小木块粘贴实验”中得出增加同种物体的重量和体积沉浮状态不改变，再进行综合。

3、注意小刀的使用安全。

实验名称：

3、物体在水中的沉浮规律 实验目的：

1、学习用控制变量的科学方法探索物体沉浮的原因，用分析的方法研究影响沉浮的因素。

2、知道不同材料构成的物体，如果体积相同，重的物体容易沉；如果重量相同，体积小的物体容易沉。

实验器材：同体积不同重量的一组物体、同重量不同体积的一组物体、水槽。实验步骤：

1、把大小相同，轻重不同的一组物体按轻重顺序排列，推测沉浮并说明理由。

2、按轻重顺序依次放入水中，观察记录。

3、讨论、概括实验结论。

4、把轻重相同，大小不同的一组物体按大小顺序排列，推测沉浮并说明理由。

5、按大小顺序依次放入水中，观察记录。

6、讨论、概括实验结论。我们的结论

现象和结论：在大小相同的情况下，重的物体容易沉，轻的物体容易浮；在轻重相同的情况下，体积小的物体容易沉，体积大的物体容易浮。（也可以这样说：不同材料构成的物体，如果体积相同，重的物体容易沉；如果重量相同，体积小的物体容易沉。）

备注：若没有相关的配套材料，可用一个带盖的小瓶子和沙子来做第一个实验，用天平称量出相同重量的几个物体做第二个实验。实验名称：

4、观察橡皮泥在水中的沉浮 实验目的：

1、会用烧杯测量橡皮泥排开的水量。

2、知道改变物体排开的水量，物体在水中的沉浮可能发生改变。

3、在探求原因的过程中，懂得证据的重要性。实验器材：橡皮泥、烧杯、水 实验步骤：

1、在烧杯里放入100毫升的水。

2、把橡皮泥做成实心球形，预测沉浮，再放入水中观察，记录沉浮状态和排开的水量。

3、把同样体积的橡皮泥做成其他的实心形状，比如正方体、长方体、圆柱体等，预测沉浮后再实验观察，记录排开的水量。

4、用同样体积的橡皮泥作成其他的形状（船形、饺子形、乒乓球形、盒子形等），尝试让马铃薯浮起来，记录排开的水量。

5、分析数据，概括实验结论。

现象和结论：只改变橡皮泥的形状不改变排开的水量，橡皮泥在水水中是浮的。改变橡皮泥排开的水量，橡皮泥的沉浮可能发生改变。备注：

1、实验用的橡皮泥建议用防水性能较好的工业橡皮泥，真的要用一般的彩泥建议分别用一种颜色制作一种形状。

2、烧杯的刻度不容易准确的观察排开的水量，可以贴一张打印好的小刻度纸。实验名称：

5、橡皮泥造的船装载量有多大 实验目的：

1、知道相同体积的橡皮泥，排开的水量越大越容易浮，它的装载量也随之增大。

2、探索用橡皮泥造船，不断改进船的形状，增大船排开的水量。

3、感受人类创造发明的历程，激发创造欲望。实验器材：橡皮泥、垫圈、水槽 实验步骤：

1、讨论造船方案，怎样尽可以让自己的小船载重量大。

2、提供相同体积的橡皮泥，分组实验。

3、进行组际比赛，记录各小船的载重量。

4、总结概括载重比赛中的科学原理。

现象和结论：相同体积的橡皮泥，排开的水量越大越容易浮，它的装载量也随之增大。备注：

1、载重量的多少不仅和排开的水量有关，还与船体牢固、摆放垫圈手法有直接关系。

2、实验中排开的水量比较难测量，故实验记录不作要求。实验名称：

6、测量泡沫塑料块受到的浮力 实验目的：

1、知道上浮的物体在水中都受到浮力的作用。物体浸人水中的体积越大，受到的浮力也越大。

2、学会用弹簧秤测量泡沫塑料块在水中受到的浮力。

3、能运用浮力和重力解释物体在水中的沉浮状态。

实验器材：大块泡沫块、水槽、弹簧秤、带吸盘的小滑轮、细线 实验步骤：

1、用弹簧秤测量大块泡沫块的重量。

2、在烧杯里加入200毫升的水，按书本13面的实验图组装好测量装臵。

3、测出泡沫块小部分浸入水中时的拉力，计算出这时候泡沫块受到的浮力大小。

4、测出泡沫块大部分浸入水中时的拉力，计算出这时候泡沫块受到的浮力大小。

5、测出泡沫块全部浸入水中时的拉力，计算出这时候泡沫块受到的浮力大小。

6、整理分析数据，概括结论。

现象和结论：泡沫块排开水的体积越大，受到的浮力越大。（或：泡沫块排开的水量越大，受到的浮力越大。）备注：

1、这一实验中排开的水量差别是很明显的，但不好测量，故略去这一内容。

2、泡沫块的大小要合适，太小数据对比不明显。

3、由于泡沫块过轻，用普通弹簧秤基本上测量不出自重，用木块做这一实验效果更好。实验名称：

6、测量大小不同的泡沫塑料块受到的浮力 实验目的：

1、知道物体浸人水中的体积越大，受到的浮力也越大。

知道大小不同的泡沫塑料块，完全浸入水中，它们所受到的浮力不同。

2、懂得数据在分析解释现象过程中的重要性。

实验器材：大小不同的泡沫块、水槽、弹簧秤、带吸盘的小滑轮、细线 实验步骤：

1、利用“测量泡沫塑料块受到的浮力”实验装臵继续进行实验。

2、先测量大泡沫块完全浸入水中受到拉力的大小，算出此时浮力的大小。

3、测量中泡沫块完全浸入水中受到拉力的大小，算出此时浮力的大小。

4、测量小泡沫块完全浸入水中受到拉力的大小，算出此时浮力的大小。

5、分析实验数据，概括实验结论。

现象和结论：物体受到的浮力大小与排开的水量有关，物体排开的水量越大，浮力越大。备注：

1、这一实验中排开的水量差别是很明显的，但不好测量，故略去这一内容。

2、泡沫块的大小对比要明显。

3、由于泡沫块过轻，用普通弹簧秤测量三块大小不同的泡沫块都显示不出自重，故建议用木块做这一实验，效果更好。

木块比泡沫要好一些，但实验室的测力计也很难测出一块适合做这个实验的木块自重。这里有一个矛盾，要能测出自重，木块要大，大了，容器也要求大，有刻度的大容器实验室找不到。。。。

实验名称：

7、下沉的物体受到水的浮力大小 实验目的：

1、知道下沉物体在水中受到浮力的作用，下沉物体浸人水中的体积越大，受到的浮力也越大。

2、能运用浮力和重力的概念画示意图，解释物体在水中下沉的原因。实验器材：水槽、弹簧秤、大块橡皮（或钩码）、细线 实验步骤：

1、测量大块橡皮在空气中的重力。

2、测量大块橡皮小部分浸入水中时弹簧秤上的拉力，计算出浮力的大小。

3、测量大块橡皮大部分浸入水中时弹簧秤上的拉力，计算出浮力的大小。

4、测量大块橡皮全部浸入水中时弹簧秤上的拉力，计算出浮力的大小。

5、整理分析数据，概括实验结论。

现象和结论：下沉的物体在水中受到浮力的作用，下沉物体浸入水中的体积（排开的水量）越大，受到的浮力也越大。备注：

1、橡皮自重一项不放在表格中，以免学生误解。

2、要让学生明白上浮和下沉物体浮力的不同计算方法：下沉的物体受到的浮力大小=重力-拉力，上浮的物体受到浮力大小=重力+拉力。实验名称：

8、马铃薯在液体中的沉浮 实验目的：

1、经历一个典型的“观察一发现一推测一验证”的科学探究活动过程。

2、知道液体的性质可以改变物体的沉浮。

3、懂得确定一种物质的性质，需要有很多的证据。实验类别：演示实验+体验实验

实验器材：清水、盐水、糖水、味精水各一杯分别标上序号，马铃薯，酒精灯，不锈钢调羹。实验步骤：

1、教师演示，把马铃薯分别放入清水、盐水、糖水、味精水中，观察沉浮。

2、学生猜测马铃薯时沉时浮的原因。

3、学生分组选一种液体做滴液加热实验，观察实验现象。

4、讨论分析，概括实验结论。

现象和结论：马铃薯在不同液体中沉浮状态不同。有许多液体都能让马铃薯浮起来。备注：

1、准备不同的液体，比如清水、盐水、糖水、味精水很有意义，让学生真正感受到让马铃薯浮起来的不一定是盐水。

2、可在此强调酒精灯的规范使用。

实验名称：

9、调制一杯使马铃薯浮起来的液体（盐水）

实验目的：

1、经历一个典型的“观察一发现一推测一验证”的科学探究活动过程。

2、调制液体来探索未知液体的性质。

3、懂得确定一种物质的性质，需要有很多的证据。实验器材：盐、烧杯、马铃薯、玻璃棒、不锈钢调羹 实验步骤：

1、在烧杯里放入100毫升的水，把马铃薯放入观察沉浮。

2、放入一平勺的盐，搅拌至溶解，观察马铃薯的沉浮。

3、重复第2个步骤，继续观察马铃薯的沉浮，直至马铃薯浮起来。

4、整理分析数据，概括实验结论。现象和结论：

在水中加入一定数量的盐能让马铃薯浮起来。

备注：一平勺盐的测量方法是先用不锈钢调羹舀满盐，再用尺子在刮过 实验名称：

10、测量钩码在不同的液体中受到的浮力 实验目的：

1、知道不同液体对物体的浮力作用大小不同。

2、通过简单的推测、验证活动获得数据，并转化为证据，培养逻辑思维能力。实验器材：弹簧秤、钩码、清水、浓盐水、浓糖水、酒精等 实验步骤：

1、测出钩码在空气的重力。

2、分别测出钩码在清水、浓盐水、浓糖水、酒精中的重力。

3、计算出钩码在清水、浓盐水、浓糖水、酒精中受到的浮力。

4、整理分析数据，概括实验结论。

现象和结论：不同液体对物体的浮力作用大小不同。备注：

1、注意弹簧秤的调0。

2、浓盐水、浓糖水的浓度要大些，使实验对比更明显。实验名称：

11、比较同体积的马铃薯、清水、浓盐水的轻重 实验目的：

1、知道比同体积的液体重的物体，在液体中下沉，比同体积的液体轻的物体，在液体中上浮。

2、认识到物体的沉浮现象是有规律的，规律是可以被我们认识的。实验器材：量筒、马铃薯、清水、浓盐水、天平实验步骤：

1、把马铃薯放在烧杯里，用天平称出马铃薯的重量。

2、把马铃薯放入量筒，利用测排开的水量的方法测出马铃薯的体积。

3、向量筒倒入和马铃薯相同体积的清水，称出总重量，然后计算出清水的重量。

4、向量筒倒入和马铃薯相同体积的浓盐水，并称出总重量，然后计算出浓盐水的重量。

5、整理分析数据，概括实验发现。

现象和结论：马铃薯比同体积的清水重，而比同体积的浓盐水轻，这就是造成马铃薯沉浮变化的原因。备注：

1、本实验需要用到量筒和天平，如何规范使用要向学生做一简单说明。

2、可联系前一课马铃薯在淡盐水中没有浮起来，说明淡盐水比同体积的马铃薯

曲阜师范大学实验报告

实验日期：2020.5.24

实验时间：8：30-12：00 姓名：方小柒

学号：********** 年级：19 级

专业：化学类 实验题目：三线摆测刚体转动惯量 一、实验目的：

1.学会用三线摆法测定物体转动惯量原理和方法。

2.学会时间、长度、质量等基本物理量的测量方法以及仪器的水平调节。

二、实验仪器：

三线摆，待测物体（圆环和两个质量和形状相同圆柱），游标卡尺，米尺，电子秒表，水平仪 三、实验原理：

转动惯量是物体转动惯性的量度，物体对某轴的转动惯量越大，则绕该轴转动时，角速度就越难改变。

三线摆装置如图所示，上下两盘调成水平后，两盘圆心在同一垂直线 O1O2上。下盘可绕中心轴线 O1O2 扭转，其扭转周期 T 和下盘的质量分布有关，当改变下盘的质量分布时，其绕中心轴线 O1O2 的扭转周期将发生变化。

三线摆就是通过测量它的扭转周期去求任意质量已知物体的转动惯量的。

三摆线示意图 当下盘转动角度

θ很小，且略去空气阻力时，悬线伸长不计，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得出物体绕中心轴OO′的转动惯量：

下盘：J 0 =

下盘+圆环：

J 1 =

圆环：

J= J 1-J 0 =

(条件：θ≤5°，空气阻力不计，悬线伸长不计，圆环与下盘中心重合）

因此，通过长度、质量和时间的测量，便可求出刚体绕某

轴的转动惯量。

四、实验内容：

1.了解三线摆原理以及有关三线摆实验器材的知识。

2.用三线摆测量圆环的转动惯量，并验证平行轴定理 (1)测定仪器常数 H、R、r

恰当选择测量仪器和用具，减小测量不确定度。

自拟实验步骤，确保三线摆上、下圆盘的水平，是仪器达到最佳测量状态。

(2)测量下圆盘的转动惯量 线摆上方的小圆盘，使其绕自身转动一个角度，借助线的张力使下圆盘作扭摆运动，而避免产生左右晃动。

自己拟定测量下圆盘转动惯量的方法。

(3)测量圆环的转动惯量 盘上放上待测圆环，注意使圆环的质心恰好在转动轴上，测量圆环的质量和内、外直径。

利用公式求出圆环的转动惯量。

(4)验证平行轴定理 将质量和形状尺寸相同的两金属圆柱体对称地放在下圆盘上。测量圆柱体质心到中心转轴的距离。计算圆柱体的转动惯量。

五、实验步骤：

Ⅰ、流程简述：一、测三线摆空盘的转动惯量：

1．调节仪器：使用水平仪，调整上盘和下盘使它们保持水平。

2．分别测出上盘、下盘的半径 r, R，以及两盘之间的高度 H。

3．启动振动和测量周期：用秒表测出 10 次全振动所需的时间，重复 5 次，计算出平均周期。

4．利用测得周期，带入

计算。

5．与圆盘的理论值比较，J 0 =m 0 R 2 /2，求出相对误差。

二、测圆环的转动惯量：

1．把圆环放在下盘中，注意使环的质心恰好在转动轴上，重复以上步骤，测出载有圆环的转动周期，根据公式计算转动惯量。

2．用游标卡尺分别测出圆环的内、外半径 R 内和 R 外，计算理论结果 J 理论=(R 内 2

+ R 外 2)m/2。

3．将实验值和理论值相比较，给出相对误差。

Ⅱ、线上操作：

正式开始实验：

（1）

开始实验后，从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验台上。三线摆本身无法删除。开始时实验仪器已经摆好在实验桌上。

将实验仪器栏，实验提示栏和实验内容栏展开，将鼠标移至仪器各部分均会显示说明信息。双击其左上部系统菜单图标关闭仪器图片窗口，在实验仪器列表窗口双击其左上部系统菜单图标关闭之。

（2）

三线摆 双击桌面上三线摆小图标，弹出三线摆的操作窗体，包括三线摆振动系统、两个圆柱体、圆环、水平仪等。

（3）

水平调节界面

将水平仪拖动到三线摆支架上方或下圆盘中，观察三线摆是否水平，如下图：

可以通过三线摆支架下方两个调节旋钮调节支架上方水平，三线摆上圆盘上方的六个旋钮调节下圆盘水平。当调节下圆盘的水平时，要先将水平调节开关打开。

（4）

米尺测量上圆盘悬点之间的距离 双击桌面上的米尺后，出现米尺的操作主界面，如下图：

选择“上圆盘悬点之间的距离”，如下图所示：

可以通过点击米尺上的选择方向图标来旋转改变米尺的角度。记下各个悬点之间的距离。同理，测量下圆盘悬点之间的距离。在测量下圆盘悬点之间的距的视图中，有一个放大的区域，有利于清晰地读出刻度数，如下图：

测量出各个悬点之间的距离，填入表中。再用米尺测量出上下圆盘之间的距离，该步骤在米尺的主界面中完成，如下图：

可以拖动该图左边的白色矩形框，右边同步放大显示米尺和三线摆，也可以拖动中间的米尺，改变其上下位置。

（5）

测量没有放置物品时三线摆的转动周期

双击桌面上的电子停表，将三线摆拖动一个小角度，松开后，记录三线摆转动 20 个周期的时间。

（6）

游标卡尺测量圆环的内径

双击桌面上的游标卡尺，出现游标卡尺的主视图，如下图：

点击开始测量按钮后，在该图的左边出现测量内容，如下图：

右击锁定按钮，打开游标卡尺，拖动下爪一段距离；将圆环从待测物栏中拖动到两爪之间，如下图：

拖动游标卡尺进行测量，记下读数。如果需要重复测量某一物品时，点击清除物品按钮后，再次将物品拖动到游标卡尺上（下）爪的测量位置。

（7）

同理测量圆环的外径、圆柱体的直径以及在下圆盘上放好两圆柱体后两圆柱体之间的距离。

（8）

测量三线摆加上圆环后的转动周期

将圆环拖动到三线摆的下圆盘中，当拖动圆环到下圆盘，放下圆盘时圆盘会自动停在下圆盘的对称位置。如下图：

转动三线摆，用电子停表记下周期。

（9）

测量下圆盘放好两圆柱体后的转动周期 将两圆柱体放在下缘盘上，当放好一个圆柱体后，拖动另一个圆柱体到下圆盘，松下鼠标后，圆柱体会自动放在与上一个圆柱体对称的位置上。如下图：

（10）

转动三线摆测量加上两圆柱体后的摆动周期（11）

完成实验。按照实验内容中的要求完成实验。保存数据，单击记录数据按钮弹出记录数据页面。

在记录数据页面的相应地方填写实验中的测量数据，点击关闭按钮，则暂时关闭记录数据页面；再次点击记录数据按钮会显示记录数据页面。

六、实验数据：

表 1．实验仪器各量的数据记录 下圆盘半径 R(cm)上圆盘半径 r(cm)上圆盘各悬点间平均距离a(cm)下圆盘各悬点间平均距离b(cm)上下盘之间的距离 H(cm)下圆盘直径 D(cm)圆环内半径 R 内(cm)圆环外半径 R 外(cm)9．858 4.418 7.65 17.07 41.15 19.716 16.430 18.920 a=(7.75+7.70+7.50)/3=7.65 b=(17.05+17.22+16.95)/3=17.07 H=(41.15+41.17+41.13)/3=41.15 R 内=（16.430+16.428+16.432）/3=16.430 R 外=（18.920+18.922+18.918）/3=18.920 r=4.418

R=9.858

D=19.716 表 2．测圆盘、圆环转动惯量数据记录及处理 质量(g)10 个周期 T(s)1 个周期 T(s)测量值 I(g·cm 2)理论值 I(g·cm 2)相对误差 E2 3 4 5 下 盘 质 量=358.5 13.50 13.53 13.54 13.48 13.57 1.352 17234.31 17419.54 1.06% 圆 环 质 量=385.5 15.56 15.51 15.57 15.53 15.49 1.553 29957.57 30191.03 0.77%

七、思考题：

1、调节三线摆的水平时，是先调节上圆盘水平还是先调节下圆盘水平？

答：先调节上圆盘水平2、三线摆的振幅受空气的阻尼会逐渐变小，它的周期也会随时间变化吗？ 答：周期不变，影响不大，它的周期只跟重力加速度有关 3、如何测定任意形状物体对特定轴的转动惯量？ 答：可利用平行轴定理先测定物体绕与特定轴平行的过物体质心的轴的转动惯量J“，仪器可用扭摆或三线摆.若特定轴与过质心轴的距离为L，则物体绕特定轴转动的转动惯量J=J”+mL^2