题目
花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?A. 下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢B. 张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展C. 下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展D. 张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢
花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?
A. 下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢
B. 张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展
C. 下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展
D. 张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢
题目解答
答案
A. 下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢
解析
本题考查的是角动量守恒定律在花样滑冰运动中的应用。解题的关键在于理解角动量守恒的原理,即当系统所受合外力矩为零时,系统的角动量保持不变,其公式为$L = I\omega$(其中$L$为角动量,$I$为转动惯量,$\omega$为角速度)。在花样滑冰运动员旋转过程中,可近似认为所受合外力矩为零,角动量$L$守恒。那么转动惯量$I$和角速度$\omega$成反比关系,即转动惯量$I$越小,角速度$\omega$就越大,运动员的转速也就越快。
接下来分析每个选项中运动员的动作对转动惯量的影响:
- A选项:下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢。这种姿势使得运动员的质量分布更靠近旋转轴,根据转动惯量的定义,质量分布离旋转轴越近,转动惯量越小。所以此时转动惯量$I$较小,根据$L = I\omega$且$L$守恒,角速度$\omega$就会较大,运动员能获得更快的转速。
- B选项:张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展。此动作让运动员的质量分布远离旋转轴,转动惯量$I$增大。由$L = I\omega$且$L$守恒可知,角速度$\omega$会减小,运动员的转速会变慢。
- C选项:下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展。虽然下蹲使部分质量靠近旋转轴,但其余三肢横向伸展又使部分质量远离旋转轴,综合来看,转动惯量$I$还是会比A选项大。根据$L = I\omega$且$L$守恒,角速度$\omega$会比A选项小,转速不如A选项快。
- D选项:张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢。张开双臂使质量分布远离旋转轴,转动惯量$I$增大。由$L = I\omega$且$L$守恒可知,角速度$\omega$会减小,运动员的转速会变慢。