角动量守恒系列物理实验论文

角动量守恒系列物理实验论文

角动量守恒定律是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律；反映不受外力作用或所受诸外力对某定点（或定轴）的合力矩始终等于零的质点和质点系围绕该点（或轴）运动的普遍规律。

角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量守恒定律是物理和自然界的一条重要定律。它在日常生活、天体物理、微观物理和工程中都有广泛的应用。例如，角动量守恒定律可以很好地解释开普勒天体运行第二定律、陀螺效应等。

当一个质点绕原点运动时，它的角动量L=RxP。这里，R是质点相对于原点的位置向量；P是质点的线性动量；而x表示矢量积。

具有一定质量的物体绕一固定轴转动，它的角动量L可表示为这个物体的惯性矩I和它的角速度向量w的乘积，即L=Ixw.

角动量又称为动量矩，是一个矢量，是位矢叉乘于动量。

定律简介

例如一个在向心力场中运动的质点，始终受到一个通过力心的向心力作用，因向心力对力心的力矩为零，所以根据角动量定理，物理学的普遍定律之一。例如一个在有心力场中运动的质点，始终受到一个通过力心的有心力作用，因有心力对力心的力矩为零，所以根据角动量定理，该质点对力心的角动量守恒。因此，质点轨迹是平面曲线，且质点对力心的矢径在相等的时间内扫过相等的面积。如果把太阳看成力心，行星看成质点，则上述结论就是开普勒行星运动三定律之一的开普勒第二定律。一个不受外力或外界场作用的质点系，其质点之间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零，从而导出质点系的角动量守恒。如质点系受到的外力系对某一固定轴之矩的代数和为零，则质点系对该轴的角动量守恒。角动量守恒也是微观物理学中的重要基本规律。在基本粒子衰变、碰撞和转变过程中都遵守反映自然界普遍规律的守恒定律，也包括角动量守恒定律。W.泡利于1931 年根据守恒定律推测自由中子衰变时有反中微子产生，1956年后为实验所证实。

定理也称动量矩定理。

表述角动量与力矩之间关系的定理。对于质点，角动量定理可表述为：质点对固定点的角动量对时间的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系，由于其内各质点间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零。利用内力的这一特性，即可导出质点系的角动量定理：质点系对任一固定点O的角动量对时间的微商等于作用于该质点系的诸外力对O点的力矩的矢量和。由此可见，描述质点系整体转动特性的角动量只与作用于质点系的外力有关，内力不能改变质点系的整体转动情况。

定理应用

角动量守恒定律是物理和自然界的一个重要定律，它在日常生活、天体物理、微观物理和工程等许多方面都有广泛的应用。例如：当滑冰者手臂收缩时，自我旋转滑冰者的转动速度就会加快。用角动量守恒定律也可解析中子星有很高的转动速率等。另外，角动量守恒定律也是陀螺效应的原因。

角动量守恒定律反映了质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。如一质量为 m的质点受指向固定中心O的向心力F的作用，因力F对O点的力矩为零，根据牛顿第二定律可推得质点对O点的角动量守恒，Lo=r×mv=常矢量，此常矢量决定于运动的起始条件，r为质点对于O点的矢径,v为质点的速度。如将太阳看成固定中心，行星看成质点，则角动量守恒表明行星轨道必在一平面上。矢径在相等的时间内扫过的面积相等，这就是开普勒行星运动三定律之一—开普勒第二定律 。

角动量守恒也是微观物理学中的重要基本规律。在基本粒子衰变、碰撞和转变过程中都遵守反映自然界普遍规律的守恒定律，如能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律等。1931 [1]年，W.泡利根据守恒定律，推测自由中子衰变时有反中微子产生，1956年后这一结论为实验所证实。

角动量守恒

人造地球卫星绕地球做椭圆轨道运动，角动量守恒原因如下：卫星绕地球时只受万有引力,其方向从卫星指向地心,则卫星受合力矩为0,根据角动量守恒定理（若合外力矩为零,则系统的角动量守恒）。角动量守恒是物理学的普遍定律之一。反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。角动量的几何意义是矢径扫过的面积速度的二倍。角动量守恒定律指出在合外力矩为零时，物体与中心点的连线单位时间扫过的面积不变，在天体运动中表现为开普勒第二定律。

角动量守恒的生活实例并解释

角动量即转动惯量与角速度的乘积
,它相当于转动中的动量.比如滑冰运动员在原地旋转时将手收回,转速加快,就是因为转动惯量变小而角动量没有变的原因.角动能是描述转动物体动能的物理量,其实质和平动乃至一半意义上的能量一样,单位也都是焦耳,而角动量的单位是
,与动量的单位不一样.
至于具体应用,学理论力学的时候你就知道了.

举例说明有关角动量守恒的实际现象

有关角动量守恒的实际现象：

1、人走路现象

选取过人的质心与地面垂直的直线作为参考轴。右脚踩在地上而左脚往前迈时，左脚一个相对于轴向前的速度，而右脚有一个相对轴向后的速度。假设我们的手不甩的话，他们对身体总角动量就没有贡献，于是身体有了一个绕参考轴顺时针旋转的角动量。

而当左脚踩在地上而右脚向前迈进时，相应的，人的身体具有逆时针旋转地角动量。注意，身体的角动量刚才还是顺时针，现在就变成了逆时针。根据角动量定理，角动量只要发生改变，就必须有力矩作用在系统上。因此，脚底必须给身体一个让其逆时针旋转的力矩，这是走路时身体受到外力矩的唯一方式。

2、飞机尾翼

把整个直升飞机视为一个整体，并从整体对转动轴角动量守恒来解释。在飞机发动机未发动之前，直升飞机静止在地面上，整个物体系对转轴的角动量为零。当发动机发动，角动量增加，这时外力距由直升飞机的轮子与地面的摩擦力提供，满足角动量守恒定律。

3、陀螺仪

外环可绕垂直轴自由转动，内环可绕水平轴自由转动，回转仪安装在内环中，其转轴与内环转轴相垂直，三轴交于一点，并与陀螺仪的质心重合。

它可使回转仪的转轴在空间取任意方向，由于三转轴都通过质心，所以回转仪不受重力矩作用，因此回转仪高速旋转时，角动量保持不变，不论支架转到什么方位，回转仪的转轴始终保持不变。常平架陀螺仪具有转轴方向不变的特点，称为指示型陀螺，可以作为指示器。

扩展资料：

角动量守恒对人类有非常重要的意义，从日常生活到科技应用，角动量对人类文明做出了不可磨灭的贡献。在走路这样对我们来说再熟悉不过的举动中，竟然暗含着如此神奇的物理规律。

角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统角动量保持不变；它描述的主要对象是物体的旋转运动，因此，它实质上对应着空间旋转的不变性。

例如，在开普勒运动中，当考虑到太阳系中行星受到太阳万有引力时，由于万有引力对太阳这个参考点力矩为零，所以它们以太阳为参考点的角动量守恒，这也说明了行星绕太阳公转单位时间内与太阳连线扫过的面积大小总是恒定值的原因。另外，角动量守恒也是陀螺效应产生的原因。

角动量守恒应用

　　角动量守恒　　角动量守恒,又称角动量守恒定律
是指系统不受合外力矩或所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变.dL/dt=r×F当方程右边力矩为零时,可知角动量不随时间变化.角动量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一,角动量的守恒实质上对应着空间旋转不变性.

　　根据刚体定轴转动的角动量定理,若刚体绕定轴转动时所受的合外力矩为零,即在刚体作定轴转动时,如果它所受外力对轴的合外力为零(或不受外力矩作用),则刚体对同轴的角动量保持不变.这就是刚体定轴转动的角动量守恒定律.

　　此原理多用于天文学,天体运行时自转不变.

　　(1)单个刚体对定轴的转动惯量I保持不变,若所受外力对同轴的合外力矩M为零,则该刚体对同轴的角动量是守恒的,即任一时刻的角动量 应等于初始时刻的角动量
,亦即 ,因而 .这时,物体绕定轴作匀角速转动.

　　(2)当物体绕定轴转动时,如果它对轴的转动惯量是可变的,则在满足角动量守恒的条件下,物体的角速度随转动惯量I的改变而变,但两者之乘积却保持不变,因而当I变大时,变小;I变小时,变大.如芭蕾舞演员表演时就是这样.

　　(3)人手持哑铃在转台上的自由转动属于系统绕定轴转动的角动量守恒定律的特例.因为人,转台和一对哑铃的重力以及地面对转台的支承力皆平行于转轴,不产生力矩,M=0,故系统的角动量应始终保持不变.