10.角動量BY景雅菲

知識點
  • 動量的直觀感受

    • 碰撞模型
    • 勻速圓周運動的模型
  • 角動量的直觀感受

    • 圓周運動速度變化的模型
  • 質(zhì)點的角動量

    • 質(zhì)點對原點O的角動量\vec{L}=\vec{r}\times\vec{p}
      \vec{p}=m\times\vec{v}

      • 方向:兩個矢量的起點在同一點,根據(jù)右手螺旋定則捏题,由\vec{r}彎向\vec{p},則大拇指指向的方向是\vec{L}的方向玻褪。
      • 大小:|\vec{L}|=|\vec{r}||\vec{p}|\sin\theta(兩者夾角)
    • 例子:勻速圓周運動的角動量


      勻速圓周運動.jpg
    • 例子:一般運動的角動量(徑向運動公荧,切向運動)


      一半運動的角動量.jpg
  • 簡單組合體的角動量

  • 剛體的角動量
    1.剛體:在任何力的作用下带射,體積和形狀都不發(fā)生改變的物體叫做剛體,即各位置的角速度相同循狰。

    • 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量(Moment of Inertia)是剛體繞軸轉(zhuǎn)動時慣性(回轉(zhuǎn)物體保持其勻速圓周運動的量度)窟社,用字母I或J表示。在經(jīng)典力學中绪钥,轉(zhuǎn)動慣量(又稱質(zhì)量慣性矩灿里,簡稱慣距)通常以IJ表示,SI 單位為 kg·m2程腹。對于一個質(zhì)點匣吊,I = mr2,其中 m 是其質(zhì)量寸潦,r 是質(zhì)點和轉(zhuǎn)軸的垂直距離色鸳。轉(zhuǎn)動慣量在旋轉(zhuǎn)動力學中的角色相當于線性動力學中的質(zhì)量,可形式地理解為一個物體對于旋轉(zhuǎn)運動的慣性见转,用于建立角動量命雀、角速度、力矩和角加速度等數(shù)個量之間的關(guān)系斩箫。
  • 類比法理解平動與轉(zhuǎn)動

表達題
  • 努力建立直觀圖像比記憶公式更能培養(yǎng)你的能力吏砂。“角動量的大小”代表轉(zhuǎn)動的趨勢:角動量越大校焦,代表轉(zhuǎn)動趨勢越大赊抖;角動量為零,代表沒有轉(zhuǎn)動寨典。則圖中氛雪,角動量最大的運動(這四個速度,大小相等耸成、方向不同)是

解答:把速度沿著法向(半徑方向)和切向(轉(zhuǎn)動方向)分解报亩,切向分量代表轉(zhuǎn)動。

  • 角動量的數(shù)學定義是\vec{L}=\vec{r}\times m\vec{v}井氢。(1)直觀法:先找到轉(zhuǎn)動趨勢的方向弦追,拿出右手,按照轉(zhuǎn)動的方向握好花竞,大拇指的方向就是角動量的方向劲件。(2)矢量叉乘法:首先,\vec{r}m\vec{v}構(gòu)成了一個平面,\vec{L}的方向必然垂直于該平面零远。拿出左手苗分,四指從\vec{r}m\vec{v}握過去(銳角),大拇指的方向就是角動量的方向牵辣。關(guān)于這些說法摔癣,正確的是

解答:右手!右手!右手!重要的事情說三遍。

  • 角動量比動量更便于描述圓周運動纬向。在勻速率圓周運動中择浊,快速計算下,隨著時間的變化逾条,動量變化嗎琢岩?角動量呢?

解答:動量變化膳帕,角動量不變粘捎。

  • 某質(zhì)量為m的質(zhì)點做圓周運動薇缅,半徑為r危彩,速率為v,則角動量的大小為

解答:角動量的數(shù)學定義:\vec{L}=\vec{r}\times\vec{v}\times m
矢量互相垂直 大小為:mrv\sin\frac{\pi}{2}=mrv

  • 請借助與平動類比:平動的動量為質(zhì)量和速度之積泳桦。某剛體的轉(zhuǎn)動慣量為I汤徽,角速度為\omega灸撰,則角動量的大小谒府、轉(zhuǎn)動動能的大小(請借助類比法猜測)分別為

解答:平動:質(zhì)量,速度浮毯,動量完疫,動能分別與轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量,角速度债蓝,角動量壳鹤,轉(zhuǎn)動動能是對應的。
L=I\omega
E=\frac{1}{2}I\omega ^2

  • 轉(zhuǎn)動慣量的公式是I=\sum_{i}m_{i}r_{i}^{2}饰迹。結(jié)合該公式芳誓,請思考圖中(四個小球質(zhì)量相同,用輕桿相連啊鸭,構(gòu)成一個剛體)各種情形下轉(zhuǎn)動慣量的大小

解答:轉(zhuǎn)動慣量的大小與各個質(zhì)元與軸的距離有關(guān)锹淌。質(zhì)量分布離軸越遠,轉(zhuǎn)動慣量越大赠制。

  • 關(guān)于剛體對軸的轉(zhuǎn)動慣量赂摆,下列說法中正確的是

    • 只取決于剛體的質(zhì)量,與質(zhì)量的空間分布和軸的位置無關(guān)

    • 取決于剛體的質(zhì)量和質(zhì)量的空間分布,與軸的位置無關(guān);

    • 取決于剛體的質(zhì)量烟号、質(zhì)量的空間分布和軸的位置

    • 只取決于轉(zhuǎn)軸的位置曲楚,與剛體的質(zhì)量和質(zhì)量的空間分布無關(guān)。

解答:J=mr^2 C

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