Đo moment quán tính vật rắn bằng phương pháp dao động | Báo cáo thí nghiệm số 8D môn thí nghiệm vật lý 1 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

1. Phát biểu và viết phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục1
cố định? Nêu ý nghĩa của moment quán tính và đơn vị của nó? Khi vật rắn quay quanh một trục cố định, mọi điểm của vật có cùng một tốc độ góc ω, gọi là tốc độ góc của vật. Mô men quán tính là một đại lượng vật lý (với đơn vị đo trong SI là kilôgam mét vuông kg m²). Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

82 41 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Thí nghiệm vật lý 1 (PHYS111202)

Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Thông tin:

5 trang 2 tháng trước

Tác giả:

Profile Lê Kim Dung
Bài 8D: ĐO MOMENT QUÁN TÍNH VẬT RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG
Họ và tên - MSSV:
1.
2.
3.
Nhóm
Ngày:
Xác nhận của GV Điểm
1.
2.
3.
A. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Phát biểu và viết phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục
cố định? Nêu ý nghĩa của moment quán tính và đơn vị của nó?
Khi vật rắn quay quanh một trục cố định, mọi điểm của vật có cùng một tốc độ góc ω,
gọi là tốc độ góc của vật.
Mô men quán tính là một đại lượng vật lý (với đơn vị đo trong SI là kilôgam mét
vuông kg m²) đặc trưng cho mức quán tính của các vật thể trong chuyển động quay,
tương tự như khối lượng trong chuyển động thẳng.
Với một khối lượng có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới trục quay, mô men m r
quán tính được tính bằng: I=mr^2
2. Hình ảnh bố trí dụng cụ thí nghiệm (có thể dùng hình vẽ tay hoặc in vào bên dưới, sau đó
chú thích tên các chi tiết chính)
3. Hãy trình bày sơ lược các bước để lấy số liệu.
1. Gắn thanh ngang cân đối sao cho trục quay đi qua trung điểm của thanh. Sau đó gắn
hai quả nặng đối xứng ở hai đầu thanh, cách trục quay 30cm.
2. Dùng một cây thước nhỏ đánh dấu trên mặt bàn vị trí cân bằng của thanh
3. Quay thanh 1 góc 180 độ so với vị trí cân bằng rồi thả cho thanh dao động
4. Đo thời gian ngay khi thanh đi qua vị trí cân bằng, ngưng đo sau khoảng 5 dao động.
Ghi thời gian tương ứng với 5 chu kì
5. Lặp lại 3-4 lần, khi thực hiện bước c cần quay thanh ngang theo cả 2 chiều trái-phải
luân phiên.
6. Tính chu kì T bằng cách lấy giá trị trung bình của các lần đo
7. Tuần tự giảm khoảng cách từ các quả nặng đến trục quay còn 25cm, 20cm, 15cm,
10cm, 5cm, lặp lại thí nghiệm
8. Tháo 2 quả nặng và lặp lại thí nghiệm để đo T0.
9. Dịch chuyển thanh ngang sao cho trung điểm của thanh cách trục 2,5cm. Lặp lại thí
nghiệm b-f để đo chu kì dao động của thanh trong trường hợp này. Sau đó tiếp tục
đo các chu kì dao động với khoảng cách d lớn dần. Ghi kết quả vào bảng 2.
10. Nhận từ giáo viên 1 đĩa kim loại, dùng phương pháp để xác định moment quán tính
của đĩa quanh trục xuyên tâm và vuông góc với mặt phẳng đĩa.
4. Đại lượng cần xác định trong bài là gì? Hãy viết công thức và chú thích các đại lượng có
liên quan.
Đại lượng cần xác định trong bài là:
I: Moment quán tính (kg.m )
2
𝑎
: gia tốc góc(m/s )
2
𝛴𝜏: tổng moment lực tác dụng lên vật(N.m)
𝜑 : góc quay
Các công thức:
𝑎
= 2𝜑 /t
2
I =
Στ
a
− I
0
𝛴𝜏 = mgr
0
B. XỬ LÝ SỐ LIỆU – TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1. Mục đích bài thí nghiệm
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
2. Bảng số liệu
Phần 1. Xác định moment hồi phục D của con lắc xoắn
r (m) F (N) D (N.m/rad)
0.20
0.15
0.10
D=¿
Phần 2. Đo moment quán tính vật rắn bằng con lắc xoắn
Khối lượng quả nặng: m
2
=
Phần 3. Kiểm chứng định lý Steiner-Huygens
Khối lượng thanh kim loại: = M
2
r
(m)
5T (s)
T
(s)
(
T /2 π
)
2
(s )
2
r
2
(m )
2
I
(kg/m )
2
Lần 1 Lần 2 Lần 3
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
Thanh không
3. Vẽ đồ thị
3.1. Vẽ đồ thị , suy ra khối lượng của quả nặng và moment quán tính I(r
2
) = 2mr + I
2
0
m I
0
3.2. Vẽ đồ thị I
S
(
l
2
) = I
0
+ M
l
2
, suy ra khối lượng của thanh và moment quán tính M I
0
4. Viết kết quả đo
Phần 1
l
(m)
5T (s)
T
(s)
(
T /2 π
)
2
(s )
2
l
2
(m )
2
I
S
(kg/m )
2
Lần 1 Lần 2 Lần 3
0.000
0.025
0.050
0.075
0.100
0.125
0.150
Moment hồi phục
D=¿
Phần 2
Khối lượng quả nặng từ đồ thị I(r
2
) m
1
=
Khối lượng quả nặng m
2
=
Moment quán tính của thanh kim loại từ đồ thị I(r
2
) I
01
=
Phần 3
Khối lượng thanh kim loại từ đồ thị I
S
(
l
2
) M
1
=
Khối lượng thanh kim loại M
2
=
Moment quán tính của thanh kim loại từ đồ thị I
S
(
l
2
) I
02
=
5. Nhận xét kết quả đo
a. Nhận xét sự phụ thuộc của moment quán tính vào và I r
l
.
b. So sánh các khối lượng quả nặng, khối lượng thanh và moment quán tính thu được từ
đồ thị I(r) và I (
S
l
2
).
c. Nghiệm lại tính đúng của định lý Steiner-Huyghens.
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
| 1/5
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Bài 8D: ĐO MOMENT QUÁN TÍNH VẬT RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG Họ và tên - MSSV: Xác nhận của GV Điểm 1. 1. 2. 2. 3. 3. Nhóm Ngày: A. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Phát biểu và viết phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục
cố định? Nêu ý nghĩa của moment quán tính và đơn vị của nó?
Khi vật rắn quay quanh một trục cố định, mọi điểm của vật có cùng một tốc độ góc ω,
gọi là tốc độ góc của vật.
Mô men quán tính là một đại lượng vật lý (với đơn vị đo trong SI là kilôgam mét
vuông kg m²) đặc trưng cho mức quán tính của các vật thể trong chuyển động quay,
tương tự như khối lượng trong chuyển động thẳng.
Với một khối lượng m có kích thước nhỏ so với khoảng cách r tới trục quay, mô men
quán tính được tính bằng: I=mr^2
2. Hình ảnh bố trí dụng cụ thí nghiệm (có thể dùng hình vẽ tay hoặc in vào bên dưới, sau đó
chú thích tên các chi tiết chính)
3. Hãy trình bày sơ lược các bước để lấy số liệu.
1. Gắn thanh ngang cân đối sao cho trục quay đi qua trung điểm của thanh. Sau đó gắn
hai quả nặng đối xứng ở hai đầu thanh, cách trục quay 30cm.
2. Dùng một cây thước nhỏ đánh dấu trên mặt bàn vị trí cân bằng của thanh
3. Quay thanh 1 góc 180 độ so với vị trí cân bằng rồi thả cho thanh dao động
4. Đo thời gian ngay khi thanh đi qua vị trí cân bằng, ngưng đo sau khoảng 5 dao động.
Ghi thời gian tương ứng với 5 chu kì
5. Lặp lại 3-4 lần, khi thực hiện bước c cần quay thanh ngang theo cả 2 chiều trái-phải luân phiên.
6. Tính chu kì T bằng cách lấy giá trị trung bình của các lần đo
7. Tuần tự giảm khoảng cách từ các quả nặng đến trục quay còn 25cm, 20cm, 15cm,
10cm, 5cm, lặp lại thí nghiệm
8. Tháo 2 quả nặng và lặp lại thí nghiệm để đo T0.
9. Dịch chuyển thanh ngang sao cho trung điểm của thanh cách trục 2,5cm. Lặp lại thí
nghiệm b-f để đo chu kì dao động của thanh trong trường hợp này. Sau đó tiếp tục
đo các chu kì dao động với khoảng cách d lớn dần. Ghi kết quả vào bảng 2.
10. Nhận từ giáo viên 1 đĩa kim loại, dùng phương pháp để xác định moment quán tính
của đĩa quanh trục xuyên tâm và vuông góc với mặt phẳng đĩa.
4. Đại lượng cần xác định trong bài là gì? Hãy viết công thức và chú thích các đại lượng có liên quan.
Đại lượng cần xác định trong bài là: I: Moment quán tính (kg.m ) 2 𝑎 : gia tốc góc(m/s ) 2
𝛴𝜏: tổng moment lực tác dụng lên vật(N.m) 𝜑 : góc quay Các công thức: 𝑎 = 2𝜑 /t2 Στ I = − I 0 a 𝛴𝜏 = mgr0
B. XỬ LÝ SỐ LIỆU – TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1. Mục đích bài thí nghiệm
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................. 2. Bảng số liệu
Phần 1. Xác định moment hồi phục D của con lắc xoắn r (m) F (N)
D (N.m/rad) 0.20 0.15 0.10 D=¿
Phần 2. Đo moment quán tính vật rắn bằng con lắc xoắn
Khối lượng quả nặng: m2 = r 5T (s) T (T /2π )2 r2 I (m) (s) (s ) 2 (m ) 2 (kg/m ) 2 Lần 1 Lần 2 Lần 3 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 Thanh không
Phần 3. Kiểm chứng định lý Steiner-Huygens
Khối lượng thanh kim loại: M = 2 l 5T (s) T (T /2 π )2 l2 IS (m) (s) (s ) 2 (m ) 2 (kg/m ) 2 Lần 1 Lần 2 Lần 3 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 3. Vẽ đồ thị
3.1. Vẽ đồ thị I(r2) = 2mr + I 2 , suy ra khối lượng 0
m của quả nặng và moment quán tính I0
3.2. Vẽ đồ thị IS(l2) = I0 + M l2, suy ra khối lượng M của thanh và moment quán tính I0
4. Viết kết quả đo Phần 1 Moment hồi phục D=¿ Phần 2
Khối lượng quả nặng từ đồ thị I(r2) m1 = Khối lượng quả nặng m2 =
Moment quán tính của thanh kim loại từ đồ thị I(r2) I01 = Phần 3
Khối lượng thanh kim loại từ đồ thị IS(l2) M1 =
Khối lượng thanh kim loại M2 =
Moment quán tính của thanh kim loại từ đồ thị IS(l2) I02 =
5. Nhận xét kết quả đo
a. Nhận xét sự phụ thuộc của moment quán tính I vào r và l.
b. So sánh các khối lượng quả nặng, khối lượng thanh và moment quán tính thu được từ
đồ thị I(r) và I (l2 S ).
c. Nghiệm lại tính đúng của định lý Steiner-Huyghens.
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................