黃琰

摘 要：“角動(dòng)量守恒定律”是自然界最基本最普遍的定律之一，應(yīng)用該定律來處理力學(xué)問題在近幾年的全國中學(xué)生物理競賽中屢屢出現(xiàn)。從反饋情況來看，能否靈活應(yīng)用“角動(dòng)量守恒成為解題的關(guān)鍵。認(rèn)清該定律的內(nèi)容及其規(guī)律并能夠適當(dāng)?shù)刈兪教幚泶祟悊栴}，無疑對解決此類問題有很大的幫助。

關(guān)鍵詞：高中物理;角動(dòng)量;自然現(xiàn)象

在研究物體的全部運(yùn)動(dòng)的過程時(shí)，往往不能準(zhǔn)確的表達(dá)，這就需要用另一個(gè)力學(xué)量來表達(dá)，即角動(dòng)量，在求解角動(dòng)量的過程中，將質(zhì)心系與質(zhì)點(diǎn)系緊密聯(lián)系，同時(shí)運(yùn)用角動(dòng)量定理和守恒定律，將復(fù)雜問題簡單化，方便計(jì)算。角動(dòng)量是在動(dòng)量之后比較重要的物理概念，其將角速度，角加速度有效的聯(lián)系在一起，在宏觀的物理現(xiàn)象中尤為普遍，特別是在求解物體的轉(zhuǎn)動(dòng)問題時(shí)，尤為方便。

一、主要公式：L=r×mv=r×p，上式表明，質(zhì)點(diǎn)對參考點(diǎn)的角動(dòng)量等于位置矢量與動(dòng)量的失積，大小則為r和mv的為臨邊的平行四邊形的面積，其方向構(gòu)成右手螺旋定則。M=r×F=Jdw/dt=dL/dt，L=Jw，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，表示受力點(diǎn)相對于O點(diǎn)的位置矢量r與力F矢量的失積M叫做F對參考點(diǎn)o的力矩，同樣也構(gòu)成右手螺旋定則。其中若M=0 ? 則L=Lo，則若作用于質(zhì)點(diǎn)的合力對參考點(diǎn)的o的力矩為零，則質(zhì)點(diǎn)對該點(diǎn)的角動(dòng)量不變，即角動(dòng)量守恒定律。對于繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的合外力矩M=d/dt（Jw）=rFsin，其等于受力質(zhì)點(diǎn)到軸的垂直距離與力在與z軸垂直的平面上的分力以及角度正旋的乘積。

二、角動(dòng)量守恒的判斷

角動(dòng)量守恒的判定主要是判定M的大小，當(dāng)M為零時(shí)即合力矩為零，即角動(dòng)量守恒，即質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系對該參考點(diǎn)的角動(dòng)量守恒。有下列幾種情況可判斷角動(dòng)量守恒：1質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系不受外力或者所受的合力矩為零，即外力通過參考點(diǎn)，不產(chǎn)生力矩。2每個(gè)外力的力矩不為零，但外力矩的矢量和為零。甚至某一方向上的外力矩為零，則在這一方向上滿足角動(dòng)量守恒，即對軸方向的角動(dòng)量守恒。

三、角動(dòng)量的應(yīng)用

一般物體饒固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是不可變的，為唯一定值，從而在滿足角動(dòng)量守恒的條件下，物體的角速度隨著轉(zhuǎn)動(dòng)軸的不同，即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的改變而變，但兩者之乘積卻保持不變，這就是角動(dòng)量定理。如茹可夫斯基凳的演示，轉(zhuǎn)軸處光滑，人站在圓盤上，手握兩個(gè)啞鈴，兩臂伸開時(shí)，讓他旋轉(zhuǎn)起來，然后兩臂收回，由于啞鈴離軸變近，雖不受外力作用，轉(zhuǎn)速也會(huì)增加，再將兩臂伸開，啞鈴離軸變遠(yuǎn)，角速度再度減小，同樣花樣溜冰運(yùn)動(dòng)員和芭蕾舞演員做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也通過控制手臂和腿的伸展來加速減速，在實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過程中效果也十分明顯。

四、解釋自然現(xiàn)象

在角動(dòng)量的學(xué)習(xí)過程中，已經(jīng)了解了溜冰員、芭蕾舞演員、空中飛人和高臺(tái)跳水員等的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，解釋了角動(dòng)量守恒定律，不僅如此，在日常生活中角動(dòng)量的應(yīng)用也有很多：

（1）地面風(fēng)的偏向風(fēng)

在兩極和赤道之間會(huì)有風(fēng)的產(chǎn)生，進(jìn)而帶動(dòng)中緯度地區(qū)產(chǎn)生氣流，三股氣流由于角速度偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)，赤道地區(qū)吹東北風(fēng)，溫帶常吹西南風(fēng)。也即是說的地轉(zhuǎn)偏向力的作用，河岸的沖刷，軌道的偏壓等都是這種現(xiàn)象。

（2）當(dāng)人在走路時(shí)，手會(huì)前后不停的擺動(dòng)，當(dāng)手從前面擺向身后時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，帶動(dòng)身體向前運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)手交替擺動(dòng)，帶動(dòng)身體，同樣當(dāng)你順拐時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你走路并不通順，而且腳下也容易疼痛。在生活中會(huì)經(jīng)常看到散布，跑步來回?cái)[手的，擺動(dòng)的越來你運(yùn)動(dòng)起來也越方便。

（3）地球的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)也與角動(dòng)量有關(guān)，地球自轉(zhuǎn)形成晝夜的交替變化，公轉(zhuǎn)帶來四季的變化，這都與自轉(zhuǎn)有關(guān)，開普勒第二定律就是對角動(dòng)量守恒的很好解釋。

五、總結(jié)

角動(dòng)量及其規(guī)律是經(jīng)典力學(xué)中一個(gè)重要的基礎(chǔ)定律，其是在牛頓定律基礎(chǔ)上衍生出來的，將牛頓第二定律解決不了的問題變通化，方便計(jì)算，特別是在處理一些旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)問題時(shí)有些很大的作用，能夠細(xì)致的描繪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在宏觀物理理論中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解題，而在微觀理念下，不角動(dòng)量的觀點(diǎn)適用范圍更加廣泛，更加有效。通過對角動(dòng)量的學(xué)習(xí)，對角動(dòng)量及其規(guī)律有了一些基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，在以后物理的發(fā)展過程中有效運(yùn)用，對于角動(dòng)量的探究還在繼續(xù)，需要我們認(rèn)真學(xué)習(xí)，去探索，加深角動(dòng)量的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)物理學(xué)科的進(jìn)步。

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（作者單位：福建省泉州市德化縣第一中學(xué)）

（作者單位：德化一中高二（五）班）