题目
1、 旋转着的芭蕾舞演员要加快旋转时,总是将双手收回身边。对这一力学现象可根据 ____定律来解释;这过程中,该演员的转动动能____(增加、减 小、不变)。
1、 旋转着的芭蕾舞演员要加快旋转时,总是将双手收回身边。对这一力学现象可根据 ____定律来解释;这过程中,该演员的转动动能____(增加、减 小、不变)。
题目解答
答案
角动量;增加
解析
本题考查角动量守恒定律的应用及转动动能的变化。关键点在于理解当芭蕾舞演员收手时,其转动惯量变化而角动量保持不变,从而导致角速度变化。转动动能的计算需要结合转动惯量和角速度的关系,通过公式推导得出动能的变化趋势。
第一空
芭蕾舞演员在旋转过程中,若没有外力矩作用(如自身调整姿态),其角动量会保持不变。当她收手时,身体的转动惯量$ I $减小,根据角动量守恒定律$L=I\omega$,角速度$\omega$必须增大以补偿$I$的减小,因此旋转加快。
第二空
转动动能公式为$ E = \frac{1}{2}I\omega^2 $。由角动量守恒$L=I\omega$可得$\omega = \frac{L}{I}$,代入动能公式得:
$E = \frac{1}{2}I \left( \frac{L}{I} \right)^2 = \frac{L^2}{2I}$
当$I$减小时,分母变小,整体值增大,因此转动动能增加。