| §3.6 质点的角动量和角动量守恒定律 |
| (angular momentum of a particle and the law of conservation of angular momentum) |
| 1. 质点的角动量 |
| 角动量是质点运动的另一个重要物理量。质点m对固定点 O的角动量定义为: |
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| 由叉乘的定义,角动量大小: |
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| 单位: kg·m2/s 或 J·s |
| 角动量的方向由右手定则决定。 |
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| (图一) |
| 角动量与位矢有关,因此,说明角动量时,必须指明相对的o点。 |
| 2. 力矩 (Torque) |
| 由牛顿第二定律可知,质点的动量的变化率是由质点受的合外力决定的。那么质点的角动量变化率又由什么决定呢? |
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| 定义力对定点 O 的力矩为: |
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| 力矩的大小 |
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| 力矩的单位(SI)是 N·m |
| 力矩的方向由右手定则决定 |
| 于是有 |
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| 或 |
| 质点所受的合外力矩等于它的角动量对时间的变化率。这就是质点的角动量定理。 (微分形式) |
| 积分: |
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| 质点角动量定理(积分形式) |
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| 3. 角动量守恒定律 |
| 在质点的角动量定理中,特殊地: |
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| 就是说,如果对某一固定点,质点所受的合外力矩为零,则此质点对该固定点的角动量矢量保持不变。 |
| ——质点角动量守恒定律 |
| ⅰ°角动量守恒定律是物理学的基本定律之一,它不仅适用于宏观体系,也适用于微观体系,而且在高速低速范围均适用。 |
| ⅱ°由 |
| 例:证明行星运动的开普勒第二定律。即:行星对太阳的矢径在相同的时间扫过相同的面积。 |
| 证明: |
| 行星受的引力 |
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| 即:行星运动过程中,相对于太阳的角动量不变。由图一: |
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| (图一) |
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| 总结: |
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