题目
如果质点作匀速率圆周运动,它对圆心的角动量是守恒的。A. 对B. 错
如果质点作匀速率圆周运动,它对圆心的角动量是守恒的。
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
本题考查角动量守恒的知识以及对匀速率圆周运动的理解。解题思路是先明确角动量的定义和角动量守恒的条件,再分析质点作匀速率圆周运动时对圆心的角动量是否满足守恒条件。
1. 明确角动量的定义
角动量 $\vec{L}$ 的定义式为 $\vec{L}=\vec{r}\times\vec{p}$,其中 $\vec{r}$ 是质点相对于参考点(本题为圆心)的位置矢量,$\vec{p} = m\vec{v}$ 是质点的动量,$m$ 是质点的质量,$\vec{v}$ 是质点的速度。角动量的大小为 $L = r p\sin\theta$,其中 $\theta$ 是 $\vec{r}$ 和 $\vec{p}$ 之间的夹角。
2. 分析匀速率圆周运动中各物理量的特点
- 对于作匀速率圆周运动的质点,其速度大小 $v$ 保持不变,质量 $m$ 也不变,所以动量大小 $p = mv$ 不变。
- 质点相对于圆心的位置矢量 $\vec{r}$ 的大小始终等于圆的半径 $R$,即 $r = R$ 为常量。
- 在圆周运动中,速度 $\vec{v}$ 始终与位置矢量 $\vec{r}$ 垂直,所以 $\theta = 90^{\circ}$,$\sin\theta=\sin90^{\circ}=1$。
3. 计算质点对圆心的角动量大小
将上述各物理量的特点代入角动量大小公式 $L = r p\sin\theta$,可得 $L = R\times mv\times1=mvR$。由于 $m$、$v$、$R$ 均为常量,所以质点对圆心的角动量大小 $L$ 保持不变。
4. 分析角动量的方向
根据右手螺旋定则,$\vec{L}=\vec{r}\times\vec{p}$,在圆周运动中,$\vec{r}$ 和 $\vec{p}$ 始终在圆周平面内,由右手螺旋定则可知,角动量 $\vec{L}$ 的方向始终垂直于圆周平面,且方向保持不变。
5. 得出角动量守恒的结论
因为质点对圆心的角动量大小和方向都保持不变,所以质点对圆心的角动量是守恒的。