用三线摆测量刚体的转动惯量实验的实验结论?急求。谢谢!
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发布时间：2022-04-24 20:08
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时间：2023-10-09 11:21
三线摆的结构如图4.2.3-1所示。三线摆是在上圆盘的圆周上，沿等边三角形的顶点对称地连接在下面的一个较大的均匀圆盘边缘的正三角形顶点上。
当上、下圆盘水平三线等长时，将上圆盘绕竖直的中心轴线O1O转动一个小角度，借助悬线的张力使悬挂的大圆盘绕中心轴O1O作扭转摆动。
同时，下圆盘的质心O将沿着转动轴升降，如图4.2.3-2所示。=H是上、下圆盘中心的垂直距离；=h是下圆盘在振动时上升的高度；是上圆盘的半径；是下圆盘的半径；α是扭转角。
扩展资料：
实验步骤与内容
1. 测定悬盘的转动惯量：
（1）用游标卡尺分别测量三线摆上下两盘悬挂点之间的距离a、b；并记录下悬盘的质量m ；
（2）调节三线摆的悬线使得上盘到下盘之间的距离大约为50cm左右；
（3）使用水准器，调节三线摆的底脚螺丝使上盘水平，再调节三线摆的三条悬线长度使得下盘水平；
（4）用米尺测定上盘轴心到下盘轴心之间的距离H0；（8次）
（5）稳定下悬盘，不要让其晃动，再轻拨上悬盘使下悬盘作小角度摆动；（摆幅最大不能超过5度）
（6）用秒表记录50个摆动周期的时间t0；（8次）
参考资料来源：百度百科——转动惯量
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时间：2023-10-09 11:21
当上、下圆盘水平三线等长时，将上圆盘绕竖直的中心轴线O1O转动一个小角度，借助悬线的张力使悬挂的大圆盘绕中心轴O1O作扭转摆动。同时，下圆盘的质心O将沿着转动轴升降，如图4.2.3-2所示。=H是上、下圆盘中心的垂直距离；=h是下圆盘在振动时上升的高度；是上圆盘的半径；是下圆盘的半径；α是扭转角。
由于三悬线能力相等，下圆盘运动对于中心轴线是对称的，我们仅分析一边悬线的运动。用L表示悬线的长度，见图4.2.3-2。当下圆盘扭转一个角度α时，下圆盘的悬线点移动到，下圆盘上升的高度为，与其他几何参量的关系可作如下考虑。从上圆盘A点作下圆盘的垂线，与升高前后的下圆盘分别相交于和。
在直角三角形中
（1）
由图4.2.3-2可知，，故上式可写成：
（2）
由可知，，因而有
（3）
在直角三角形中
（4）
式中设悬丝不伸长，则
因而上式可写为：
（5）
比较式（2）和式（5），消去后得：
（6）
cosα按级数展开
考虑到α是小量，略去高于的后各项，又因相对于L和H而言为无穷小量，故可略去高于一阶的微量，由式（6）可得：
（7）
当下圆盘的扭转角α很小时，下圆盘的振动可以看作理想的简谐振动。其势能Ep和动能Ek分别为：
（8）
式中 是下圆盘的质量， 为重力加速度， 为圆频率， 为下圆盘的上升速度， 为圆盘对轴OO1的转动惯量。
若忽略摩擦力的影响，则在重力场中机械能守恒：
恒量 （9）
因下圆盘的转动能远大于上下运动的平动能，即
于是近似有
恒量 （10）
将式（7）代入式（10）并对t求导，可得：
（11）
该式为简谐振动方程，可得方程的解为：
因振动周期 ，代入上式得：
故有：
（12）
由此可见，只要准确测出三线摆的有关参数 、 、 、 和 ，就可以精确地求出下圆盘的转动惯量 。
如果要测定一个质量为 的物体的转动惯量，可先测定无负载时下圆盘的转动惯量 ，然后将待测物体放在下圆盘上，并注意，必须让待测物的质心恰好在仪器的转动轴线上。测定整个系统的转动周期 ，则系统的转动惯量 可由下式计算：
（13）
式中 为放了待测物之后的上、下盘间距，一般可以认为 。待测物体的转动惯量 为：
（14）
用这种方法，在满足实验要求的条件下，可以测定任何形状物体的转动惯量。
我们知道物体的转动惯量取决于物体形状质量分布以及相对于转轴的位置。因此，物体的转动惯量随转轴不同而改变，转轴可以通过物体内部，也可以在物体外部。就两个平行轴而言，物体对于任意轴的转动惯量 ，等于通过此物体以质心为轴的转动惯量 加上物体质量 与两轴间距离平方的乘积。 这就是平行轴定理，其表达式为：
（15）
通过改变待测物质心与三线摆中心转轴的距离，测量 与 的关系便可验证转动惯量的平行轴定理。
测转动惯量的方法还有多种，常用的扭摆是其中之一。扭摆法测转动惯量的原理是使物体作扭转摆动，由摆动周期及其他参数的测定计算出物体的转动惯量。此法可测定不同形状的物体的转动惯量和弹簧的扭转系数，可与理论值进行比较以及验证转动惯量平行轴定理。
实验内容
1． 测定仪器常数 、 、 和 。
恰当选择测量仪器和用具，减小测量不确定度。自拟实验步骤，确保三线摆的上、下圆盘的水平，使仪器达到最佳测量状态。
2． 测量下圆盘的转动惯量 ，并计算其不确定度。
转动三线摆上方的小圆盘，使其绕自身轴转一角度α，借助线的张力使下圆盘作扭摆运动，而避免产生左右晃动。自己拟定测 的方法，使周期的测量不确定度小于其它测量量的不确定度。利用式（12），求出 ，并推导出不确定度传递公式，计算 的不确定度。
3． 测量圆环的转动惯量
在下圆盘上放上待测圆环，注意使圆环的质心恰好在转动轴上，测量系统的转动惯量。测量圆环的质量 和内、外直径 、 。利用式（14）求出圆环的转动惯量 。并与理论值进行比较，求出相对误差。
圆环绕中心轴
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时间：2023-10-09 11:21
