角动量和刚体定轴转动习题课.ppt

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角动量和刚体定轴转动习题课

三、计算题 * * No.3 角动量和刚体定轴转动 一、选择题 1. 体重、身高相同的甲乙两人,分别用双手握住跨过 无摩擦轻滑轮的绳子各一端.他们从同一高度由初速 为零向上爬,经过一定时间,甲相对绳子的速率是乙 相对绳子速率的两倍,则到达顶点的情况是 (A)甲先到达. (B)乙先到达. (C)同时到达. (D)谁先到达不能确定. 解:由甲、乙两人同轻滑轮组成的系统所受合外 力矩为零,系统角动量守恒。 [ C ] 所以同时到达。 即 ,得 。 mg mg 2mg o R [ C ] 2.如图所示,A、B为两个相同的绕着轻绳的定滑轮. A滑轮挂一质量为M的物体,B滑轮受拉力F,而且 F=Mg.设A、B两滑轮的角加速度分别为 和 , 不计滑轮轴的摩擦,则有 解:在地面参考系中,分别以 滑轮A、滑轮B 、M为研究对象, 采用隔离法,分别以牛顿第二 定律和刚体定轴转动定律建立 方程。 + + [ B ] 3.如图所示,一质量为m的匀质细杆AB,A端靠在光滑的竖直墙壁上,B端置于粗糙水平地面上而静止.杆身与竖直方向成 角,则A端对墙壁的压力大小 转轴 解:杆没有转动,和外力矩为零。所以 4.已知地球的质量为m,太阳的质量为M,地心与 日心的距离为R,引力常数为G,则地球绕太阳作 圆周运动的轨道角动量为: [ A ] 解: 所以 二、填空题 1.质量为0.05 kg的小块物体,置于一光滑水平桌面上. 有一绳一端连接此物,另一端穿过桌面中心的小孔(如 图所示)该物体原以3 rad/s的角速度在距孔0.2 m的圆周 上转动.今将绳从小孔缓慢往下拉,使该物体之转动 半径减为0.1 m.则物体的角速度?= . 解:由系统角动量守恒, 2.一长为l,质量可忽略的直杆,可绕通过其一端的水 平光滑轴在竖直平面内作定轴转动,在杆的另一端固 定着一质量为m的小球,如图所示.现将杆由水平位 置无初转速地释放.则杆刚被释放时的角加速度 = , 杆与水平方向夹角为60°时的角加速度 解:由转动定律: 得 解:如图受力分析可得方程: o r 3.如图所示,一轻绳绕于半径为r的飞轮边缘,并以 质量为m的物体挂在绳端,飞轮对过轮心且与轮面 垂直的水平固定轴的转动惯量为J.若不计摩擦,飞 轮的角加速度 1.为求一半径R=50 cm的飞轮对于通过其中心且与 盘面垂直的固定转轴的转动惯量,在飞轮上绕以细 绳,绳末端悬一质量m1=8 kg的重锤.让重锤从高 2 m处由静止落下,测得下落时间t1=16 s.再用另 一质量m2=4 kg的重锤做同样测量,测得下落时间 t2=25 s.假定摩擦力矩是一个常量,求飞轮的转动 惯量. 解:设摩擦力矩大小为M,飞轮对 于通过其中心且与盘面垂直的固 定转轴的转动惯量为J. 第一次测量,设细绳的张力为T1, + 第二次测量,设细绳的张力为T2, 2.一根放在水平光滑桌面上的匀质棒,可绕通过其一端 的竖直固定光滑轴O转动.棒的质量为m ,长度为l ,对 轴的转动惯量为J = 1/3ml2.初始时棒静止.今有一水平 运动的子弹垂直地射入棒的另一端,并留在棒中,如图 所示.子弹的质量为m?,速率为v .试问: (1) 棒开始和子弹一起转动时角速度 有多大? (2) 若棒转动时受到大小为Mr的恒定阻力矩作用,棒 能转过多大的角度 ? 解:(1)在水平面上,系统对光滑 轴O转动的角动量守恒: (2) 得到 *

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