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课程名称: 实验名称: 学院:

大学物理实验(三) 定量验证角动量守恒定理 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 ? I i? 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
计 算 机 和 C-I6874 DataStudio 750 接口 转动传感器 转动组合平台 砝码及挂钩 C-I6760 CI-6538 ME-8951 —— 数据采集处理 —— 数据采集平台、数据处理

型号

主要参数

用途

—— —— ——

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 mgr A -Mu=Iβ ,可得: 空载时的转动惯量为: I i =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:I i =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. L 1 ? I i ? i =145444.44 g*mm 2 /s^2
L 2 ? I f ? f =141030.4 g*mm /s^2
2

所以: L 1 ≈ L 2

(二)实验总结: 1.由实验结果可知:
空载时的转动惯量为: I i =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 ? I i? 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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