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大学物理实验答案

实验一转动惯量的测定

转动惯量的测定一扭摆法测定物体转动惯量

【预习思考题】

1．如何测量任意形状物体对特定轴的转动惯量？

答：先在载物盘上装上几何规则的物体，测量其摆动周期，计算出弹簧的扭转常数K值。再

将任意形状物体装在载物盘上或直接装在垂直轴上，绕特定轴转动，测量出转动惯量。

若绕过质心轴转动，测量出过质心轴转动惯量，利用平行轴定理计算出绕特定轴转动惯量。

2．扭摆启动时摆角要在90°左右，为什么？

答：由于弹簧的扭转常数值不是固定常数，它与摆动角度略有关系，在小角度时变小，摆角

在90°左右基本相同。

【分析讨论题】

1．扭摆在摆动过程中受到哪些阻尼？它的周期是否会随时间而变？

答：空气的阻尼，转轴与轴承间的摩擦阻尼。由于弹簧的扭转常数值不是固定常数，在小角

度时变小，因此它的周期会随时间而变。

2．扭摆的垂直轴上装上不同质量的物体，在不考虑阻尼的情况下分析对摆动周期大小的影响。

答：同样形状、同样质量分布的物体，质量大的物体，其摆动周期大。

转动惯量的测定二三线摆法测定物体转动惯量

【预习思考题】

1．对下圆盘的摆角有何要求？为什么？

答：下圆盘的摆角要小于10°。因为在三线摆法测定物体转动惯量公式推导过程中应用了。

2．怎样启动三线摆才能防止下圆盘出现晃动？

答：让已调水平的三线摆保持静止，用手轻轻扭动上圆盘上的扭动杆，使下圆盘摆动角度小

于10°，随后将扭动杆退到原处。

【分析讨论题】

1．三线摆在摆动过程中要受到空气的阻尼，振幅越来越小，它的摆动周期是否会随时间而变

化？

答：它的摆动周期是不会随时间而变化。

2．加上待测物体后三线摆的摆动周期是否一定比空盘的周期大？为什么？答：加上待测物体

后三线摆的摆动周期不一定比空盘的周期大。由下圆

盘对中心轴转动惯量公式可知，若J/mgt;J0/m0加上待测物体

后三线摆的摆动周期变大；若J/mlt;J0/m0加上待测物体后三线摆的摆动周期变

小。

3．如何用三线摆验证转动惯量的平行轴定理？

答：将两个完全相同的小圆柱体m分别置于下圆盘的中心，测出绕圆柱体质心的转动惯量J；

再将两个完全相同的圆柱体对称置于下圆盘的中心两侧，圆柱体质心与下圆盘的中心l，测

出两个圆柱体对中心轴的转动惯量Jˊ。验证式子Jˊ=2ml2+2J成立。

实验二用模拟法测绘静电场

【预习思考题】

1．用电流场模

拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？

用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的

结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场

与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，

则两者必定有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场

中的带电体几何形状相同；稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足

σ极gt;gt;σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用

电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线和电场线之间有何关系？

等势线和电场线处处相互垂直。

3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什

么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？

在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边

界。这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间

中的分布特性。

【分析讨论题】

1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否

发生变化？为什么？

如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分

布更为密集。因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，

等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为

密集，相应的电场强度就会增加。

2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？

测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形，

导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。

3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是

偏小？有哪些可能的原因