大物上10角动量守恒

2020/5/27,1,大小和形状始终保持不变，刚体内质点间的相对位置保持不变,2020/5/27,2,2020/5/27,3,2020/5/27,4,3.2角动量守恒定律,1.质点的角动量,大小：,方向：,沿通过O点的轴线,动量为的质点，对固定点的角动量：,若质点作圆周运动,方向与方向相同,(动量矩),2020/5/27,5,2.质点的角动量定理,角冲量,冲量,冲量矩,质点绕某定轴转动时，所受到的冲量矩等于质点角动量的增量，,质点的角动量定理,2020/5/27,6,1.刚体的角动量,刚体系统：,二、刚体的角动量守恒定律,用标量,规定轴的正方向,2020/5/27,7,2.刚体的角动量定理,积分形式：,微分形式：,质点系转动惯量在运动中发生变化时（非刚体），角动量定理成为：,刚体绕某定轴转动时，所受到的冲量矩等于刚体角动量的增量，-刚体的角动量定理,2020/5/27,8,3.角动量守恒定律,当时,(恒矢量),=恒矢量,几点说明：,（1）角动量守恒应是J的乘积守恒,对于定轴转动的刚体，只要满足合外力矩等于零，则刚体转动的角速度也就不变。例如，在飞机、火箭、轮船上用作定向装置的回转仪就是利用这一原理制成的。,（3）角动量定理、角动量守恒定律只适用于惯性系,2020/5/27,9,例如一人站在可绕竖直光滑轴转动的凳上，两手各握一个哑铃，两臂伸开时让他转动起来，然后他收拢双臂。在此过程中，对竖直轴而言，没有外力矩作用，转台和人系统对竖直轴的角动量守恒所以，当双臂收拢后变小了，旋转角速度就增加了如果将两臂伸开，增大了，旋转角速度又会减少。,2.转动惯量J是可变的,花样滑冰运动员、芭蕾舞演员在表演时，也是运用角动量守恒定律来增大或减少身体绕对称竖直轴转动的角速度，从而做出许多优美而漂亮的舞姿。,2020/5/27,10,再如：跳水运动员的“团身-展体”动作，当运动员跳水时团身，转动惯量较小，转速较快；在入水前展体，转动惯量增大，转速降低，垂直入水。,2020/5/27,11,试用角动量守恒定律解释：猫从高处落下时，不论原来的姿势如何。它总是能使自己的四肢着地，以免摔伤的现象。,在下落过程中，猫不可能在身躯伸直的情况下使自己转体。因为在上半身向一方向转动时，为保持角动量守恒，下半身必向相反方向转动。猫的基本动作是先让自己屈体成“U”形，再使前半身与后半身绕相反方向转动。,由于猫身的柔软性，不难完成以上动作。前后半身这种反向转动使角动量在铅垂方向的分量保持为零。但由于转动时所绕轴不可能完全沿铅垂方向，故不能使角动量的水平分量同时保持为零，为了保持水平方向的角动量为零，猫巧妙地借助自己尾巴的甩动。,2020/5/27,12,例1：,匀质细杆长l，质量M，,其一端挂在光滑水平轴上静止,一子弹质量m，从杆中点穿过,速度由变为,(1)、求：杆开始转动时角速度,解：以子弹、杆为研究对象，,作用时间很短，重力可以忽略，,系统相对于转轴外力矩为零，角动量守恒。,2020/5/27,13,(2)、杆的摆动过程机械能守恒定律，求杆的最大摆角,解：选择重力势能零点如图,2020/5/27,14,例题2如图杆长为l,质量为m,摩擦系数为m设开始时杆以角速度w0绕过中心o且垂直与桌面的轴转动,试求:（1）作用在杆的摩擦力矩,（2）经过多长时间杆才会停止转动,2020/5/27,15,考虑方向,（2）经过多长时间杆才会停止转动,2020/5/27,16,例3：,一质量为m，半径为R的圆盘放在水平桌面上，轴光滑，撤消外力时其转动角速度为。若盘与桌的摩擦系数为，求(1)盘停止的时间？(2)合外力的功？,解:(1),(2),2020/5/27,17,选正方向如图,水平桌面上一均匀细棒，长l，质量M，可绕O点转动,与桌面滑动摩擦系数为,小滑块质量m，水平速度,垂直棒的另一端A碰撞，,碰后速度，与方向相反。,求：细棒开始转动至停止需要时间？,解：过程一：滑块与棒碰撞,滑块与棒碰撞，角动量守恒,设：细棒碰后转动角动量,例4,2020/5/27,18,联立得：,过程二：细棒在摩擦力矩的作用下，减速转动,由角动量定理,也可由转动定律求（匀减速）,2020/5/27,19,人相对地的速度,例5,如图：人、绳、滑轮、重物，人相对绳匀速向上爬,求：重物上升的加速度,解：设人相对绳的速度,常量,重物上升的速度,取人、滑轮、重物为研究对象,运用角动量定理,系统的角动量,2020/5/27,20,由角动量定理,也可由牛顿定律和转动定律求之,2020/5/27,21,6、体重、身高相同的甲乙两人，分别用双手握住跨过无摩擦滑轮的绳子两端，当他们由同一高度由初速度为零向上爬，经过一定时间，甲相对于绳子是乙相对于绳子速率的两倍，则到达顶点的情况是：,(A)甲先到达(B)乙先到达(C)甲乙同时到达(D)谁先到达不能确定,单元检测题-选择题,2020/5/27,22,甲乙同时到达,C,2020/5/27,23,12、花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动，开始时两臂伸开，转动惯量为J0，角速度为0，然后将两臂收回，使转动惯量减少为J0/3。这时其转动的角速度为,解：运动员旋转时角动量守恒,D,2020/5/27,24,13、如图所示，一均匀细杆可绕通过上端O点的光滑轴在竖直面内旋转，初始状态静止。现有一小球自左方水平打击细杆，设小球与细杆之间为非弹性碰撞，则在碰撞过程中，细杆与小球组成的系统,(A)只有机械能守恒(B)只有动量守恒(C)只有对O轴的角动量守恒(D)机械能、动量和角动量均守恒,机械能守恒条件,动量守恒条件,角动量守恒条件,C,解：,2020/5/27,25,2020/5/27,26,2020/5/27,27,2020/5/27,28,2020/5/27,29,实验原理绕定轴转动的刚体，当对转轴的合外力矩为零时，刚体对转轴的角动量守恒。转动刚体的转动惯量一般为常量，Jw不变导致w不变，即刚体在不受合外力矩时将维持匀角速转动若有几个物体组成一个定轴转动系统，各物体对同一转轴的角动量分别为J1w1,J2w2,?则系统的总角动量为Jiwi，只要整个系统受到的外力对轴的力矩矢量和为零，系统的总角动量也守恒