测量圆盘转动惯量产生误差的曲线研究

结合三线摆实验的基本过程,进行实验数据的采集。利用投影法来测量圆盘的转角大小,借助于matlab的cftool工具箱,对数据进行曲线拟合,对测出来的二组数据拟合,得到转角与百分差曲线图。通过误差的大小比较,得出圆盘转动惯量测量值与理论值的百分差随转角变化最接近于三次曲线。     

三线摆测转动惯量实验中的扭动周期

三线摆测转动惯量实验中的扭动周期陶绪德（安徽师范大学物理系芜湖市２４１０００）在三线摆测转动惯量实验中，扭动周期的测定是十分重要的，当三线摆上未放待测物（即空载）和已放待测物时扭动周期是如何变化呢？本文作如下分析．根据教材测定三线摆圆盘（即悬盘）绕中...     

三线摆实验中摆角偏大产生的误差及修正方法

研究了三线摆实验中摆角偏大(5°θ20°)时对测量转动惯量产生的误差和修正办法。实验发现随着摆角的增大,测得的圆盘转动惯量也会相应偏大,从而导致测量误差增大。文章通过进一步的理论分析解释了这一现象,并对测量结果进行了系统误差修正。     

新型三线摆周期测量装置的研制与探讨

形状复杂或非匀质刚体的转动惯量可以利用三线摆测量,其中,扭摆周期是关系到测试精度的重要参数.人工计数和秒表计时费心费力,容易出错.采用光电传感器和单片机测量容易受到横摆或晃动的影响,导致漏记一个周期.为此,提出一种新型三线摆周期测量装置,由光源、起偏器、检偏器、光敏电阻模块、数据采集系统和安装有上位机软件的电脑构成,利用光的偏振特性和马吕斯定律来检测三线摆下盘的扭摆情况.利用Origin软件的线性拟合功能处理数据可以得到三线摆扭摆的周期.利用市场上现有的光电测量装置和新型三线摆周期测量装置同时进行对比实验,测量三线摆下盘的转动惯量.实验结果表明:利用现有的光电测量装置,相对误差为0.83%;利用新型三线摆周期测量装置,相对误差可达0.11%,系列实验结果说明新型三线摆周期测量装置的准确度比现有的光电测量装置要高.因为三线摆下盘的横摆或晃动引起的起偏器小范围的平动并不影响透射光的强度,所以,新型三线摆周期测量装置的抗干扰能力较强.此外,该装置还具有测量速度快、操作简单、方便、快捷等优点,具有一定的推广价值.     

三线摆实验现象的分析

本文从理论和实验上分别研究了三线摆在大角度摆动下的周期与角度的关系,设计制作了仪器摆动角度测量装置。实验发现了三线摆摆动过程中的平动,在实验条件下,发现平动周期约是摆动周期的5倍。我们还研究了三线摆阻尼的实验情况,推导出了在有阻尼的情况下摆动周期的公式。     

三线摆实验仪角度控制装置的设计与制作

用三线摆测刚体转动惯量的实验条件是转动圆盘角度要小于 5°,在实验中因仪器没有配置角度的控制装置 ,因此无法准确控制角度 ,不能满足实验条件 ,造成实验结果误差增大。装上角度控制装置后 ,转动角度可精确控制小于 5°,保证了实验条件和实验结果的误差减小。     

三线摆的运动方程、周期及角位置概率分布

基于保守系统拉格朗日方程给出三线摆在大摆角运动时的微分方程,以及小摆角线性振动近似处理方法,在考虑三线摆的结构尺寸取相应近似条件下,讨论了三线摆在大摆角和小摆角两种不同情况下的运动微分方程、周期及角位置概率密度分布情况及其在实验中的应用.     

微机在三线摆实验中的应用

在三线摆测量转动惯量的实验中，利用微机的串行口来记录三线摆的振动周期。     

三线摆转动角度控制装置的设计

用FD-IM-II新型转动惯量测定仪测刚体转动惯量的实验条件之一是转动圆盘角度要小于5°,在实验中发现该仪器没有配置角度控制装置,因此无法准确控制角度,会造成实验结果误差增大。文章为FD-IM-II新型转动惯量测定仪的三线摆设计了2种转动角度控制装置的方案,这样转动角度就可以精确控制在5°范围之内,保证实验条件的满足,从而使实验结果的误差减小。     

基于红外反射传感器的三线摆周期测量装置

将红外反射传感器应用于三线摆周期测量装置,通过红外反射传感器将三线摆下盘的扭摆转换成电压信号的变化,利用数据采集系统采集并在电脑上实时显示与存储.改进后的实验装置相对误差仅有0.19%,准确度更高,调节简便、可靠性高.     

三线摆加上刚体后振动周期变化的研究

根据振动方程从理论上推导了三线摆放上刚体后振动周期的变化规律,设计了一个新实验,对各种条件下摆的振动周期进行测量,用图解法直观地揭示了三线摆放上刚体后振动周期的变化规律,结果表明理论与实验得到的结论一致,从而加深学生对刚体动力学的理解.     

利用智能手机测定刚体转动惯量

基于传统方法,将智能手机与传统方法相结合,将其运用于传统三线摆测量刚体的转动惯量实验之中,利用智能手机自带的角速度传感器和SensorKinetics传感器软件,通过绘制"角速度—时间"图像来进行周期的计算,再将得到的两次周期数值代入原计算公式中,进而求得刚体转动惯量。经过多次实验后,利用智能手机得到的结果和传统方法相近,与理论值比较其相对误差也较小。在传统三线摆实验中运用智能手机不仅测量方便,而且增加了实验的趣味性和可操作性。     

三线扭摆摆动周期的探讨──一次理论与实验相结合,解决实际问题的有益尝试

学生做过“用三线悬盘法测物体的转动惯量”实验之后，在问题讨论中提出：圆盘上放圆环后测得的周期T’，一定大于不放圆环时的周期T。即圆盘上放圆环后，其摆动周期变大．学生的这一结论引起了教师的重视，据了解，做过实验后有这种看法的学生不在少数．于是，我们适时地引导学生对三线摆的摆动周期问题进行研究．先从实验出发，揭露问题，激发兴趣；再进行理论分析，找出规律；最后用实验验证规律．使学生不仅熟悉了量具的使用，加深了对转动惯量概念的理解，而且在研究方法方面，受到了一次初步训练，提高了解决实际问题的能力．一、扭…     

基于霍尔效应的三线摆周期测量装置的研制

文章介绍了一种基于霍尔效应的三线摆周期测量装置的工作原理、性能和实验结果。该装置由霍尔元件、数据采集系统、电源和电脑构成。通过线性霍尔元件将三线摆下盘的扭摆转换成电压信号的振荡,然后利用数据采集系统采集并在电脑上实时显示与存储。实时显示可以杜绝漏计导致的周期计数错误现象,存储的数据可以进一步分析三线摆扭摆情况。由于采集的数据量比较大,数据包含的信息也更丰富。本文尝试利用极大值点线性拟合法和快速傅里叶变换法处理数据。由于三线摆的运动一般是扭摆和横摆同时存在的混合摆现象,横摆的周期与扭摆的周期不同,利用频谱分析可以排除横摆对扭摆周期测量的影响,确保周期测量准确,所以,快速傅里叶变换更适合处理此类实验数据。本文利用市场上现有的光电测量装置和基于霍尔效应的三线摆周期测量装置进行对比实验,测量三线摆下盘的转动惯量。实验结果表明:利用现有的光电测量装置,相对误差为1.6%;利用基于霍尔效应的三线摆周期测量装置,相对误差可达0.81%,说明基于霍尔效应的三线摆周期测量装置的准确度比现有的光电测量装置要高,具有一定的推广和使用价值。     

利用不对称三线摆测量不规则物体的转动惯量

工程中常用对称三线摆来测量不规则物体的转动惯量.测量前需预先调整3条摆线严格对称,并保证待测物体和上、下两盘三者的质心严格共线,而三质心共线在实验过程较难严格实现.为此,本文设计并制作了一种不对称三线摆,即将待测物体直接作为下盘,用3根摆线悬挂在上盘上即可.无论3个悬挂点是否对称,也无论摆线是否等长,只要保证3条摆线与质心轴平行,即可测得该物体绕质心轴的转动惯量.实验结果与理论值误差在±5%内的概率为77.78%,表明不对称三线摆可以用于一般刚体的转动惯量测量.     

三线摆实验中用大摆角测量转动惯量

利用智能手机APP的陀螺仪传感器可以获得三线摆运动过程中角速度的运动轨迹.对测量数据分析发现初始摆角很小时三线摆周期的测量数据不一定可靠,这与传统测量方法强调的小角度转动有出入.通常对大角度摆动的周期修正基于测出的初始摆角,但一般实验室中不易对其进行准确测定而难以应用于实际测量中.通过测量多个不同初始摆角测量的最大振幅及对应周期,再对振幅与周期相关数据进行多项式拟合,得到初始摆角趋于零的最佳周期值T0.运用此法测量标准圆环的转动惯量,由T0值获得的转动惯量测量结果与理论值比较精度优于0.2%.     

用台式扭摆测量转动惯量

一前言 转动惯量是刚体转动过程中惯性大小的量度,是工程设计中常需知道的重要物理量,规则物体绕定轴的转动惯量可以通过数字运算求出,而对不规则物体用计算法计算则往往很困难并且不易算准.因此,测量转动惯量的实际意义并不在于对规则物体的测量,而是在于对不规则物体的测量. 目前,用来测量转动惯量的常用仪器是三线摆,它并不适用于测量不规则物体的转动惯量.因为,当不规则物体放在摆盘上时,造成三线摆的“三线”承受张力不同,破坏了推导三线摆测量转动惯量计算公式的适用条件.在这种情况下,待测物体的转动惯量不能再用公式 进行计算. 而用…     

简单的参数共振仪

本文介绍一种演示参数共振的新方法.它是一个平面摆,其悬点在竖直方向上作简谐振动.该简谐振动是通过小马达带动曲柄连杆系统实现的,如图所示.部件包括(1)马达;(2)圆盘;(3)滑道;(4)滑块;(5)摆的悬点;(6)摆;(7)连杆到圆盘的可调接点,用来调节和确定竖直振动的振幅大小. 为了得到参数共振状态(悬点的振动频率必须是摆的频率的二倍),可以改变摆长,或者调节变阻器来改变马达的转速. 例如,在转速为60转/分时,摆长必须接近一米。如果满足了参数共振条件(这是相当容易的),便立即出现共振现象(摆的振动角幅大大增加),并且实验现象是可重复的. 我们可…     

测量不同质量圆盘下圆盘的转动惯量误差的研究

实验由三线摆法测量物体的转动惯量,现在采用累积放大法测量周期,用平均值计算周期,分析圆盘转动惯量测量值及理论值的百分差与下圆盘质量之间的关系,从而来研究一定高度不同质量圆盘下圆盘转动惯量产生的误差影响。最后得出实验结果,下圆盘质量越小,误差越小,当下圆盘质量小于0.085kg时,误差突然增大。     

扭摆法测物体转动惯量的不确定度分析

扭摆法是测量物体转动惯量的有效方法,其不确定度分析是关键.本文推导了扭摆法测物体转动惯量准确的不确定度传递公式,得到各直接测量量及其不确定度对转动惯量不确定度的影响.并进行了算例分析.结果表明,扭摆法比三线摆测得物体的转动惯量的误差以及不确定度要小很多.这对实验方法的选择和仪器的研制具有重要的实际意义.