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    得分 教师签名 批改日期

    深圳大学实验报告

    课程名称: 大学物理实验(三)

    实验名称: 定量验证角动量守恒定理

    学院:

    物理科学与技术学院

    组号

    指导教师:

    报告人: 学号:

    实验地点: 科 B108 实验时间:

    实验报告提交时间:

    1

    一、实验设计方案
    1. 实验目的: 1. 先分别测量盘在空载和负载情况下的转动惯量,并验证角动量守恒定理。 2. 熟悉电压传感器、500 接口和计算机的 DataStudio 软件等的使用。
    2. 实验原理 ⑴角动量守恒定律:
    ① 对一固定点 o,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变,叫 做质点角动量守恒定律。
    ② 由 mgr-Mu=Iβ ,可得到转动惯量 I 的值。 其中,m 是下落砝码的质量,g 是重力加速度,r 是绕线轮的半径,Mu 是摩擦 力矩,I 是转动惯量,β 是角加速度。
    ③利用茹科夫斯基转椅可定性观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守 恒 L ? Ii?i ? I f ? f 。 ④ 角动量守恒的物体系统的转动惯量变大时,角速度会变小,反之亦然。
    ⑵角动量定理(也称动量矩定理):
    对于质点,角动量定理可表述为:质点对固定点的角动量对时间
    角动量定理 的微商,等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系,由于其内各质点 间相互作用的内力服从牛顿第三定律,因而质点系的内力对任一点的主矩为零。
    2

    3. 选用仪器:

    仪器名称

    型号 主要参数

    计算机和 C-I6874
    DataStudio

    ——

    750 接口

    C-I6760 ——

    转动传感器

    CI-6538 ——

    转动组合平台

    ME-8951 ——

    砝码及挂钩

    —— ——

    用途
    数据采集平台、数据处理
    数据采集处理
    采集数据 采集数据 采集数据

    4、实验内容及具体步骤:
    1、调节实验装置。如下图 3 所示,调节底座一脚的水平螺丝,使载物台水平,并保持定滑轮的滑 槽与所选用的塔轮半径垂直。 2. 打开 DataStudio 软件,选择 750 数据接口,接好数据线,创建一个新实验。在 DataStudio 软 件的窗口中设置 750 接口的转动传感器连接,设置测量角加速度β 。 3.转动平台空载。使塔轮在砝码的作用下,从静止开始转动,由 Datastudio 记录平台空载时角加 速度β ,以后每次增加已知质量的砝码,重复测量多次,并保存实验所得图像。 4. 转动平台载荷。在载物台上放置圆环,重复步骤 2,3,并保存实验所得图像。

    图3
    5. 由公式分别算出:空载时的转动惯量和负载时的转动惯量,并与理论值比较。
    6. 合外力矩为零的条件下,测量载物台空载时系统的角速度。在载物台上放置圆环,测量物体角 速度,并与与利用角动量守恒所得的预测值进行比较。
    3

    二、数据记录与处理
    4

    三、实验结果陈述与总结: (一)实验结果: 1.
    (1)由实验所得图形及 mgrA-Mu=Iβ ,可得:
    空载时的转动惯量为: Ii=119000.0g*mm 2 负载时的转动惯量为:If=222060.8 g*mm 2 (2)由 I=0.5*mr 2 ,可得其理论值为: 空载时的转动惯量为:Ii=120967.5 g*mm 2 负载时的转动惯量为:If=235483.4 g*mm 2 (3)其误差为: 空载时:φ 1=1.7% 负载时:φ 2=5.7%
    2. L1 ? I i?i =145444.44g*mm 2 /s^2 L2 ? If ?f =141030.4 g*mm 2 /s^2 所以: L1 ≈ L 2
    (二)实验总结: 1.由实验结果可知: 空载时的转动惯量为: Ii=119000.0g*mm 2 负载时的转动惯量为:If=222060.8 g*mm 2 在验证转动角动量守恒定理时,基本满足角动量守恒定理, L ? Ii?i ? I f ? f ,误差 不大。 2.通过这次实验,我对电压传感器、500 接口和计算机的 DataStudio 软件等的使 用更加熟悉了,对转动角动量守恒定理的认识也更加熟悉深刻了,受益匪浅。
    5

    指导教师批阅意见:

    成绩评定:
    实验设计方案 40 分

    实验操作及数据记录、数据处理 实验结果(30 分)

    实验总结(30 分)

    总分

    6


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