题目
花样滑冰运动员收拢手臂时,角速度和转动惯量的变化是:A. 转动惯量减小,角速度增大B. 转动惯量增大,角速度减小C. 两者均增大D. 两者均减小
花样滑冰运动员收拢手臂时,角速度和转动惯量的变化是:
A. 转动惯量减小,角速度增大
B. 转动惯量增大,角速度减小
C. 两者均增大
D. 两者均减小
题目解答
答案
A. 转动惯量减小,角速度增大
解析
本题考查角动量守恒定律在实际情境中的应用。关键点在于理解转动惯量与角速度的关系。当运动员收拢手臂时,其质量分布更靠近转轴,导致转动惯量减小。根据角动量守恒($L=I\omega$不变),转动惯量减小会使角速度增大。因此,正确选项需同时体现这两者的变化方向。
角动量守恒分析
- 转动惯量的变化:运动员收拢手臂后,身体的质量更集中于转轴附近,因此转动惯量$I$减小。
- 角速度的变化:根据角动量守恒定律($L=I\omega$),若外力矩为零,则$L$不变。当$I$减小,为保持$L$恒定,角速度$\omega$必须增大。
选项排除
- 选项A($I$减小,$\omega$增大)符合上述推导。
- 选项B($I$增大,$\omega$减小)与转动惯量变化方向矛盾。
- 选项C、D(两者同向变化)违背角动量守恒关系。