题目
用三线摆测定物体的转动惯量实验中,在下盘对称地放上两个小圆柱体可以得到的结果A. 验证平行轴定理B. 小圆柱的转动惯量C. 验证转动定律D. 验证垂直轴定理
用三线摆测定物体的转动惯量实验中,在下盘对称地放上两个小圆柱体可以得到的结果
A. 验证平行轴定理
B. 小圆柱的转动惯量
C. 验证转动定律
D. 验证垂直轴定理
题目解答
答案
AB
A. 验证平行轴定理
B. 小圆柱的转动惯量
A. 验证平行轴定理
B. 小圆柱的转动惯量
解析
本题考查三线摆测定物体转动惯量实验中,在下盘对称放置两个小圆柱体的作用,主要涉及平行轴定理、转动惯量的计算、转动定律以及垂直轴定理等知识点。解题思路是分别分析每个选项与该实验操作的关联。
- 选项A:
- 平行轴定理表达式为$I = I_{c}+md^{2}$,其中$I$是刚体对与质心轴平行的轴的转动惯量,$I_{c}$是刚体对质心轴的转动惯量,$m$是刚体的质量,$d$是两轴之间的垂直距离。
- 在下盘对称地放上两个小圆柱体,通过测量下盘单独转动时的周期$T_0$、下盘和小圆柱体一起转动时的周期$T$,以及小圆柱体的质量$m$、小圆柱体到下盘中心轴的距离$d$等物理量。
- 先根据三线摆的周期公式$T = 2\pi\sqrt{\frac{Ih}{mgr}}$(其中$h$是上下盘悬点到中心的垂直距离,$r$是悬线长度),分别计算出下盘的转动惯量$I_0$和下盘与小圆柱体系统的转动惯量$I$。
- 若$I = I_0 + 2md^{2}$成立,则验证了平行轴定理,所以该操作可以验证平行轴定理,选项A正确。
- 选项B:
- 由上述根据三线摆周期公式计算出下盘的转动惯量$I_0$和下盘与小圆柱体系统的转动惯量$I$后。
- 因为$I = I_0+I_{圆柱}$,所以小圆柱体的转动惯量$I_{圆柱}=I - I_0$,可以得到小圆柱的转动惯量,选项B正确。
- 选项C:
- 转动定律表达式为$M = I\alpha$(其中$M$是刚体所受的合外力矩,$\alpha$是刚体的角加速度)。
- 在下盘对称放置两个小圆柱体的操作主要是围绕转动惯量的测量和相关定理的验证,并没有直接涉及到对合外力矩和角加速度关系的研究,所以不能验证转动定律,选项C错误。
- 选项D:
- 垂直轴定理表达式为$I_{z}=I_{x}+I_{y}$,适用于平面薄板等情况,是关于刚体对相互垂直的三个坐标轴的转动惯量关系。
- 在下盘对称放置两个小圆柱体的操作与垂直轴定理所描述的内容无关,不能验证垂直轴定理,选项D错误。