刚体定轴转动习题知识分享
刚体定轴转动习题刚体定轴转动一、选择题（每题3分）1、个人站在有光滑固定转轴的转动平台上,双臂伸直水平地举起二哑铃,在该人把此二哑铃水平收缩到胸前的过程中,人、哑铃与转动平台组成的系统的( )（A）机械能守恒,角动量守恒; （B）机械能守恒,角动量不守恒,（C）机械能不守恒,角动量守恒; （D）机械能不守恒,角动量不守恒.2、一圆盘绕通过盘心且垂直于盘面的水平轴转动，轴间摩擦不计．如图射来两个质量相同，速度大小相同，方向相反并在一条直线上的子弹，它们同时射入圆盘并且留在盘内，则子弹射入后的瞬间，圆盘和子弹系统的角动量L以及圆盘的角速度ω的变化情况为()(A) L 不变，ω增大 (B) 两者均不变(C) L不变，ω减小 (D) 两者均不确定3、有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上：（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零在上述说法中，正确的是（）（A）只有（1）是正确的（B）只有（1）、（2）正确（C）只有（4）是错误的（D）全正确4、以下说法中正确的是（）(A)作用在定轴转动刚体上的力越大，刚体转动的角加速度越大。
(B)作用在定轴转动刚体上的合力矩越大，刚体转动的角速度越大。
(C)作用在定轴转动刚体上的合力矩越大，刚体转动的角加速度越大。
(D)作用在定轴转动刚体上的合力矩为零，刚体转动的角速度为零。
5、一质量为m的均质杆长为l,绕铅直轴o o'成θ角转动，其转动惯量为（）6、一物体正在绕固定光滑轴自由转动（ ）(A) 它受热膨胀或遇冷收缩时,角速度不变. (B) 它受热时角速度变小,它遇冷时角速度变大. (C)它受热或遇冷时,角速度均变大.(D) 它受热时角速度变大,它遇冷时角速度变小.7、关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是( )(A) 只取决于刚体的质量，与质量的空间分布和轴的位置无关. (B) 取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关. (C) 取决于刚体的质量，质量的空间分布和轴的位置.(D) 只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关.8、两个均质圆盘A 和B 的密度分别为A ρ和B ρ，若A ρ﹥B ρ，但两圆盘的质量与厚度相同，如两盘对通过盘心垂直于盘面的转动惯量各为J A 和J B ，则（ ）（A ）J A ＞J B （B ）J B ＞J A（C ）J A ＝ J B （D ）J A 、 J B 哪个大，不能确定9、某转轮直径d ＝40cm ，以角量表示的运动方程为θ=3t －3.02t ＋4.0t ,式中θ的单位为rad,t 的单位为s,则t ＝2.0s 到t ＝4.0s 这段时间内,平均角加速度为( )(A)212-⋅s rad (B)26-⋅s rad(C)218-⋅s rad (C)212-⋅s m10、 轮圈半径为R ，其质量M 均匀分布在轮缘上，长为R 、质量为m的均质辐条固定在轮心和轮缘间，辐条共有2N 根。
今若将辐条数减少N 根，但保持轮对通过轮心．垂直于轮平面轴的转动惯量保持不变，则轮圈的质量应为（ ）（A ）m N 12+M . (B)m N 6 +M . (C)m N 32+M . (D)m N 3+M 11、一轻绳绕在有水平轴的定滑轮上，绳下端挂一物体。
物体所受重力为p,滑轮的角加速度为β。
若将物体去掉而用与p相等的力直接向下拉绳子，则滑轮的角加速度β将（ ）（A ）不变 （B ）变小（C ）变大 （D ）无法判断12、几个力同时作用在一个具有固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体（ ）（A ）必然不会转动 （B ）转速必然不变（C ）转速必然改变 （D ）转速可能不变，也可能改变 二、填空题（每题3分）1、转动惯量的物理意义是 ；它的大小与 、 、 有关。
2、有一半径为R 的水平圆转台,可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动, 转动惯量为J , 开始时转台以匀角速度ω 0转动,此时有一质量为m 的人站住转台中心,随后人沿半径向外跑去,当人到达转台边缘时, 转台的角速度为 。
3、如图所示，一质量为m 的小球由一绳索系着，以角速度ω0 在无摩擦的水平面上，作半径为r 0 的圆周运动.如果在绳的另一端作用一竖直向下的拉力，使小球作半径为r 0/2 的圆周运动.则小球新的角速度为 ， 拉力所作的功 。
4、一个以恒定角加速度转动的圆盘，如果在某一时刻的角速度120rad s ωπ=，再转60转后角速度为230rad s ωπ=，则角加速度β= 转过上述60转所需的时间=∆t 。
5、一质量为m 匀质的杆长为l ,绕通过其一端的铅直轴转动，其转动惯量为 。
6、一飞轮的转动惯量为J ，在0=t 时角速度为ω。
此后飞轮历经制动过程。
阻力矩M 的大小与角速度2ω成正比，比例系数K ＞0。
当0ωω=时，飞轮的角加速度=β ；从开始制动到30ωω=所经过的时间t= 。
7、动量守恒的条件是 ； 角动量守恒的条件是 。
8、刚性正方形线圈边长为 a ，每边质量为m ，该刚性线圈绕其中一个边转动，其转动惯量为 。
9、质量为m 的均质杆，长为l ,以角速度ω绕过杆端点，垂直于杆的水平轴转动，杆的动量大小为 ，杆绕转动轴的动能为 ，动量矩为 。
三、简答题（每题3分）1、飞轮的质量主要分布在边缘上，有什么好处？2、刚体绕固定轴转动时，在每秒内角速度都增加12rad s π-⋅，它是否作匀加速转动？3、刚体对轴的转动惯量与那些因素有关？ 四、计算题（每题10分）1、一轻绳绕于半径cm r 20=的飞轮边缘，在绳端施以N F 98=的拉力，飞轮的转动惯量2.5.0m kg J =，飞轮与轮轴间无摩擦，如图所示，试求：（1）飞轮的角加速度；（2）当绳端下降m 5时飞轮获得的动能；（3）如果以质量kg m 10=的物体挂在绳端，试计算飞轮的角加速度。
2、在光滑的水平面上有一木杆，其质量m 1 ＝1.0 kg ，长l ＝40cm ，可绕通过其中点并与之垂直的轴转动.一质量为m 2 ＝10g 的子弹，以v ＝2.0×102 m · s －1 的速度射入杆端，其方向与杆及轴正交.若子弹陷入杆中，试求所得到的角速度.3、质量为m 的小孩站在半径为R 、转动惯量为J 的可以自由转动的水平平台边缘上(平台可以无摩擦地绕通过中心的竖直轴转动)。
平台和小孩开始时均静止。
当小孩突然一相对地面为v 的速率沿台边缘逆时针走动时，此平台相对地面旋转的角速度ω为多少？4、质量为0.50 kg ，长为0.40 m 的均匀细棒，可绕垂直于棒的一端的水平轴转动.如将此棒放在水平位置，然后任其落下，求：(1) 当棒转过60°时的角加速度和角速度；(2) 下落到竖直位置时的动能；(3) 下落到竖直位置时的角速度.5、质量为m 、长为l 的细棒，可绕通过棒一端O 的水平轴自由转动（转动惯量32ml J =），棒于水平位置由静止开始摆下，求：（1）、初始时刻的角加速度； （2）、杆转过θ角时的角速度。
6、如图所示，长为l 的轻杆，两端各固定质量分别为m 和m 2的小球，杆可绕水平光滑固定轴O 在竖直面内转动，转轴O 距两端分别为13l 和23l ．轻杆原来静止在竖直位置。
今有一质量为m 的小球，以水平速度0v 与杆下端小球m 作对心碰撞，碰后以012v 的速度返回，试求碰撞后轻杆所获得的角速度。
刚体定轴转动答案一、选择题（每题3分）1C 2B 3B 4C 5C 6B 7C 8B 9A 10D 11C 12D 二、填空题（每题3分）1、表示刚体转动惯性大小的物理量；刚体的形状，转轴位置，质量分布（3分）2、J ω 0/(J +mR 2)3、10004J J ωωω==，220032W mr ω= 4、1225π 2s rad ；s 8.4 5、23ml6、J k 920ω- ；02ωk J 7、00==∑∑外外M F8、5ma 2/39、2ωml ；22ωml ； 2ωml 三、简答题（每题3分）1、增大转动惯量，使运转平稳。
2、不一定。
因为仅当瞬时角加速度为恒量时，才作匀加速转动，而按题意，只是说每隔1秒钟后角速度增加12rad s π-⋅，而在1秒钟时间间隔内每瞬时的变化未必一定是均等的，故瞬时角加速度未必是恒量。
3、取决于刚体的质量，质量的空间分布和轴的位置. 四、计算题（每题10分）1、解（1）,βJ Fr = s rad J Fr2.39==β －－－－－－－（4分）（2）JFd E k 490==∆－－－－－－－（3分）（3）⎩⎨⎧===-ββI Tr mr ma T mg 解之得s rad mr J mrg 8.212=+=β－－－（3分）2、解 根据角动量守恒定理()ωJ J ωJ '+=212――――――（5分）式中()222/2J m l =为子弹绕轴的转动惯量，J 2ω为子弹在陷入杆前的角动量，ω＝2v/l 为子弹在此刻绕轴的角速度.211/12J m l =为杆绕轴的转动惯量.可得杆的角速度为()1212212s 1.2936-=+=+='m m m J J ωJ ωv――――――（5分）3、解：此过程角动量守恒 ωJ mrv -=0――――――（6分）J mRv=ω――――――（4分）4、解 (1) 棒绕端点的转动惯量213J ml =由转动定律M ＝Jα可得棒在θ 位置时的角加速度为()l θg J θM α2cos 3==－－－－（2分）当θ ＝60°时，棒转动的角加速度 2s 418-=.α由于d d d d t ωωωαθ==，根据初始条件对式(1)积分，有 ⎰⎰=o600d d θαωωω则角速度为1600s 98.7sin 3o -==lθg ω－－－－－－－－（3分）(2) 根据机械能守恒，棒下落至竖直位置时的动能为J 98.021==mgl E K －－（3分）(3) 由于该动能也就是转动动能，即212K E J ω=，所以，棒落至竖直位置时的角速度为1s 57.832-==='l gJE ωK－－－－－－－－（2分）5、解：(1)由转动定律，有β)31(212ml mgl = （3分）∴l g23=β （2分）(2)由机械能守恒定律，有221sin 21ωθJ mgl = （3分）∴ω=l g θsin 3 （2分）6、解：根据角动量守衡 有022021322)3()32(32v ml m l m l l mv ⋅-⋅+=ωω――――――（7分）l v 230=ω――――――（3分）。
刚体定点转动知识点总结
刚体定点转动知识点总结一、刚体定点转动的基本概念1. 刚体的定义刚体是指物体的每一点在运动中的位置都相对于其他点保持不变的物体。
即刚体在运动中不会发生形变，它的形状和大小保持不变。
2. 定点转动的定义定点转动是指刚体绕着固定的轴线或固定的点进行旋转运动的情况。
在定点转动中，刚体的每一点都绕着同一个轴线或固定点进行圆周运动。
3. 转动的描述在描述刚体定点转动时，我们通常使用角度来描述刚体的旋转情况。
角度是用来表示两条射线之间夹角大小的物理量，它可以用弧度或角度来表示，其中弧度是圆周的一个长度单位，而角度是圆周的1/360。
二、刚体定点转动的基本原理1. 牛顿定律牛顿定律是刚体定点转动的基本原理之一。
在刚体绕固定点进行旋转运动时，牛顿第一定律描述了刚体的转动惯量，即刚体在旋转运动时会保持直线运动状态，除非受到外力的作用。
2. 角动量守恒定律角动量守恒定律是刚体定点转动的另一个基本原理。
它描述了在刚体围绕固定轴旋转时，刚体的角动量在没有外力作用的情况下会保持不变。
三、刚体定点转动的基本特点1. 轴线转动和定点转动刚体定点转动包括轴线转动和定点转动两种情况。
轴线转动是指刚体在绕着固定轴线进行旋转运动，而定点转动是指刚体在绕着固定点进行旋转运动。
这两种转动情况在物理上有着不同的特点和规律。
2. 角速度和角加速度在刚体定点转动中，角速度和角加速度是描述刚体旋转情况的重要物理量。
角速度表示刚体绕着轴线或固定点旋转的快慢，而角加速度表示刚体旋转速度的变化率。
3. 转动惯量转动惯量是刚体定点转动中一个重要的物理量，它描述了刚体围绕固定轴线或固定点进行旋转运动时所具有的惯性。
转动惯量的大小和刚体的形状、质量分布等因素有关，它是刚体定点转动的重要参数之一。
四、刚体定点转动的相关定律和公式1. 角速度公式在刚体定点转动中，角速度与线速度之间存在着一定的关系。
当刚体绕固定轴线旋转时，它的线速度v和角速度ω之间存在着以下关系：v = rω其中，v表示刚体上某一点的线速度，r表示该点到轴线的距离，ω表示角速度。
刚体的简单运动—刚体绕定轴的转动(理论力学)
主轴转动两圈后停止 0
2 02 2
0 10π2 2 4π
负号表示 的转向与主轴转动方向相反，故为减速运动。
小结
1.刚体绕定轴转动 刚体运动时，有上或其扩展部分有两点保持不动,这种运动
为刚体的绕定轴转动。通过两点的直线称为转轴,不在转轴上 的各点都在垂直于转轴的平面内做圆周运动。
2.角速度
三、定轴转动的角速度和角加速度
1、角速度
lim
Δt 0
Δ Δt
d
dt
代数量 正负与转角相同
若已知转动方程 f (t)
f (t)
刚体转动的快慢和方向 单位为 rad/s
2、角加速度
设当t 时刻为 , t +△t 时刻为 +△
角加速度
lim
t 0
t
d
dt
d2
dt2
f (t)
表征角速度变化的快慢 单位:rad/s2 (代数量)
§6-2 刚体绕定轴的转动
一、刚体绕定轴转动
刚体运动时，其上或其扩展部分有两点保持不动, 这种运动为刚体的绕定轴转动。通过两点的直线称为 转轴,不在转轴上的各点都在垂直于转轴的平面内做 圆周运动。
二、转角和转动方程
____ 转角,单位弧度(rad)
=f(t)
转动方程
方向规定: 从Z轴正向看
逆时针为正
f (t) 刚体转动的快慢和方向 单位为 rad/s (代数量)
3.角加速度
f (t)
如果与同号,则转动是加速的;如果与异号,则转动是减
速的。
如果与同号,则转动是加速的; 如果与异号,则转动是减速的。
与同号,转动加速
与异号,转动减速
O
3.3刚体定轴转动中的功与能
解：以 ω 和 ω 分别表示冲孔前后的飞轮的角速度
1 2
ω = (1 − 0 .2 )ω = 0.8ω
2 1
2
2
2πn ω = = 8πrad ⋅ s 60
1 1
−1
1
1 1 1 由转动动能定理 A = Jω − Jω = Jω (0 .8 − 1) 2 2 2 1 又 J = mr A = −5 .45 × 10 J 2
课后习题 3-8
θ1
θ2
二、刚体的转动动能和重力势能
1.绕定轴转动刚体的动能 绕定轴转动刚体的动能 绕定轴转动刚体的
∆ ,∆ ,⋅⋅⋅,∆ ,⋅⋅⋅,∆ m m m m r r r r r, r ,⋅⋅⋅, r ⋅⋅⋅, r r r r r v ,v ,⋅⋅⋅,v ,⋅⋅⋅,v
1 2 i
1 2 i, N
N
Q = rω v 1 E= ∆ v m 2
2 2 2
1 1
2
3
质量M的圆盘滑轮可绕通过盘心的水平轴转 例3-7半径R质量 的圆盘滑轮可绕通过盘心的水平轴转 半径 质量 滑轮上绕有轻绳，绳的一端悬挂质量为m的物体 的物体。 动，滑轮上绕有轻绳，绳的一端悬挂质量为 的物体。 当物体从静止下降距离h时 物体速度是多少？ 当物体从静止下降距离 时，物体速度是多少？ 以滑轮、 解：以滑轮、物体和地球组成系统为研究对 由于只有保守力做功，故机械能守恒。 象。由于只有保守力做功，故机械能守恒。 设终态时重力势能为零 初态：动能为零，重力势能为mgh 初态：动能为零，重力势能为 末态： 末态：动能包括滑轮转动动能和物体平动动能 由机械能守恒
i i
i i i
2
1
2
i
N
第三章 刚体的定轴转动
m r
i 1
n
2
i i
=J
1 2 Ek Jω 2
转动动能
ω 对应 v
J 对应 m
1 2 Ek mv 2
质点的动能
二 转动惯量 ( moment of inertia ) 质量 质点惯性大小的量度
J 与 m 对应
转动惯量 刚体转动惯性大小的量度
n
J mi ri
i 1
2
体分布
dm =ρdV dm =σdS dm =λdl
面分布 线分布
J r dm
2 m
单位:
kg · 2 m
说明： J r 2dm
m
1. J 与刚体的质量有关； 2. 质量一定，与质量的分布有关；
3. 与轴的位置有关。因此叫作绕轴的
转动惯量。
转动惯量的计算
例1 质量为m，半径为 r 的均匀细圆环， 对通过其中心并垂直环面的转轴的转动惯量。 解： 根据转动惯量的定义求解。
3. 题 3－2，3－8，3－9。
§3-1
刚体的定轴转动
刚体 ( rigid body ) ：在任何情况下，其形状和大 小都不发生任何变化的物体 刚体是一种理想模型
一 刚体的运动 刚体的运动
｛ 转动
平动
平动 ( translation ) 刚体运动时，其上任意两点的连线 ， 在运动过程中始终保持其方向不变 。 刚体的平动遵从质点运动的规律
ω ω0 αt
1 2 θ θ0 ω0t αt 2 2 2 ω ω0 2α(θ θ0 )
切向加速度 ( tangential acceleration )
dv at dt d (rω) dt dω r dt
《大学物理期末复习》刚体转动习题课李明明 -
O向细杆的端点A爬行。设小虫与细杆的质量均为m。问： 欲使细杆以恒定的角速度转动，小虫应以多大速率向细杆 端点爬行?
O
l/4
解 虫与杆的碰撞前 后，系统角动量守恒
mv0
l 4
1 12
ml
2
m( l )2 4
12 v0
7l
12 v0 c
2 2n2
J1
m( l1 2
)2
m( l1 2
)2
J2
m( l2 2
)2
m( l2 2
)2
J0
m l12n1 2 n2
l
2 2
n2
n1
将转台、砝码、人看作一个系统22，(J(0J＋0＋过程中人作的功W等于系统动能
之增量 将J0代入W式，得
W
E 12 (J J ) k ) n1 = 2 (J0＋
0 t 2 02 2
0
0t
1 2
t 2
18：
已知：1
20 ,60转变2
30 ,
22 12 2 , 6.54(rad / s)
19：
2 1 t, t 4.8(s)
已知：5s内，由1 40，变2 10，求： ？，t ? 0
0
t,
0 t0
2
02
2, N
2
62.5
（3）、从t=0到t=10s内所转过的角度：
0t
1 2
t 2
3. 解：根据转动定律：
已知：M = -k
M=J =Jd (3) 10＝0t＋ / dt = -k
d k dt
J
0 / 2 1 d t k d t
[理学]第5章-刚体的定轴转动
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(2)刚体可以看作是由许多质点组成,每一个 质点叫做刚体的一个质元,刚体这个质点系 的特点是,在外力作用下各质元之间的相对 位置保持不变。
质元
Δmi
Δmｊ ｒiｊ
2. 刚体的运动形式:
⑴平动： 在描述刚体的平动时,可以用一点的运动
来代表，通常就用刚体的质心的运动来代 表整个刚体的平动。
转轴
⑵转动: 转动是刚体的基本运动形式之一。 刚体转动时各质元均做圆周运动,而且各
列方程
mg－T2 = ma2 T1－mg = ma1
T2 (2r)－T1r = 9mr2 / 2 2r = a2 r = a1
2r T2 T2 a2 m mg
r m 2m T1
T1 m a1
mg
解联立方程，得： 2g
19r
练习1：如图所示,有两个质量分别为 M1 、M2 ，对转轴的转动惯
量分别为
Z’ Z
C d
J = Jc+ m d 2
例: 如图一质量为M 长为l的匀质细杆，中间和右端各有一 质量皆为m的刚性小球，该系统可绕其左端且与杆垂直 的水平轴转动，若将该杆置于水平位置后由静止释放， 求:杆转到与水平方向成θ角时,杆的角加速度是多少?
解:设转轴垂直向里为正,系统对该转轴的转动惯量为
J
第五章 刚体的定轴转动
转轴
复习
一、力矩
M rF
1. 大小：M = rFsinθ
Z F// F
O r F⊥ p
2.方向：由右手螺旋定则确定。
注意：上式中F指的是与转轴垂直平面(转动平面)上的力，
若F不再该平面上，可将F分解为垂直于转轴和平行于转
轴的两个分力，力矩是指的是在转动平面内力F⊥（平行
第五章 刚体的定轴转动
5.1 刚体运动的描述
平动
平动：刚体中所 有点的运动轨迹都保 持完全相同．
特点：各点运动
状态一样，如：v、a
等都相同．
刚体平动 质点运动
2
转动 刚体的平面运动
刚体的一般运动可看作：
随质心的平动 + 绕质心的转动 的合成
z
O
y
x
刚体的定轴转动
z
P
z
0
z
0
绕定轴转动刚体内各点的速度和加速度
y
y
x
dA
dy
hy
x
O
Q
O
L
y
h dF O
dy
y
Q
5.3 转动惯量的计算
例2.等长的细木棒和细铁棒绕端点轴转动 惯量。
z
M
L
O
dx
x
例3. 圆环绕中心轴旋转的转动惯量。
dl m
R O
例4. 圆盘绕中心轴旋转的转动惯量。
Rm dr
r O
例5. 细棒绕通过中点的垂直于棒的轴的转动 惯量。
z
M
L
Jo 3mR 2 / 2 Jx J y mR2 / 4
Jc m R12 R22 / 2
常见刚体的转动惯量
刚体 球壳 球体 立方体
转轴 过中心轴 过切线 过中心轴 过切线 过中心轴 过棱边
转动惯量
Jc 2mR 2 / 3 Jo 5mR 2 / 3 Jc 2mR 2 / 5 Jo 7mR 2 / 5 J c ml 2 / 6 Jo 2ml 2 / 3
o'
圆
锥 摆
T
m oR
p v
圆锥摆系统 动量不守恒； 角动量守恒； 机械能守恒．
第五章 刚体的定轴转动
刚体定轴转动
ω
v 的方向按右手螺旋法则确定. 的方向按右手螺旋法则确定.
在定轴转动中, 在定轴转动中,角速度的方向 沿转轴方向. 沿转轴方向.
角加速度α 角加速度
v ω
2
ω dω d θ = = 2 α = lim t →0 t dt dt
单位: 单位:rad /s 2 角加速度也是矢量, 角加速度也是矢量,方向与角速度增量 的极限方向相同,在定轴转动中, 与 同向 的极限方向相同,在定轴转动中,α与ω同向 或反向. 或反向. 刚体的转动其转轴是可以改变的, 刚体的转动其转轴是可以改变的,为反映瞬时轴的方 向及其变化情况,引入角速度矢量和角加速度矢量. 向及其变化情况,引入角速度矢量和角加速度矢量. 注意 退化为代数量. :定轴转动时, ω,α退化为代数量. 定轴转动时, 退化为代数量
刚体的一般运动都可认为是平动和转动的结合. 刚体的一般运动都可认为是平动和转动的结合.
1. 用角量描述转动 (1) 角位移 θ : ) 时间内刚体转动角度. 在 t 时间内刚体转动角度. 单位: 单位:rad (2)角速度 ω : )
z θ
B A
θ dθ ω = lim = t →0 t dt
●
r2
转动惯量的定义: 转动惯量的定义:
J = ∑mi ri
2
对质量连续分布的刚体, 对质量连续分布的刚体,上式可写成积分形式
J = ∫ r dm
2
dm—质元的质量 质元的质量 r—质元到转轴的距离 质元到转轴的距离
线分布 dm = λdx 面分布 dm = σds 体分布 dm = ρdV
λ 是质量的线密度
F iz
ri = roi sinθ
刚体定轴转动的转动定律
R
M
h
Hale Waihona Puke 解法一 用牛顿第二运动 定律及转动定律求解.分 析受力如图所示. 对物体m用牛顿第二 运动定律得 mg T ma 对匀质圆盘形滑轮用 转动定律有 TR J 物体下降的加速度的 大小就是转动时滑轮边缘 上切向加速度，所以
o R M
T
h
a
G
a R 物体m 落下h 高度时的速率为
2
3.试求质量为m 、半径为R 的匀质圆环 对垂直于平面且过中心轴的转动惯量. 解 作示意图如右,由于质 量连续分布，所以由转动 惯量的定义得
J R 2dm
m
dm
o
R
2R 0
m R dl 2R
2
mR 2
4.试求质量为m 、半径为R 的匀质圆盘 对垂直于平面且过中心轴的转动惯量. dr 解 如图所示, 由于质 量连续分布，设圆盘的 R l o r 厚度为l，则圆盘的质量 密度为 m 2 R l
r近日 r远日
v近日
解 彗星受太阳引力的作用，而引力通过了 太阳，所以对太阳的力矩为零，故彗星在运 行的过程中角动量守恒. 于是有 r近日 v近日 r远日 v远日 因为 r近日 v近日 ，r远日 v远日
r近日v近日 所以 r远日 v远日
代入数据可, 得
J r 2dm
m
R 0
1 1 4 r 2r ldr R l mR 2 2 2
2
5. 如图所示，一质 量为M 、半径为R 的匀 质圆盘形滑轮，可绕一 无摩擦的水平轴转动. 圆盘上绕有质量可不计 绳子，绳子一端固定在 滑轮上，另一端悬挂一 质量为m 的物体，问物 体由静止落下h 高度时, 物体的速率为多少？
刚体定轴转动习题PPT17页
0
J00J
m02r0m2 r
r0 o mF
r r0 /2
40
F
半径减小角速度增加。
（2）拉力作功。请考虑合外力矩为0， 为什么拉力还作功呢？
W0 Md
在定义力矩作功 时，我们认为只 有切向力作功， 而法向力与位移 垂直不作功。
但在例题中，小 球受的拉力与位 移并不垂直，小 球的运动轨迹为 螺旋线，法向力 要作功。
速度 v 及杆的转动角速度 。
解：在水平面上， 碰撞过程中系统角 动量守恒，
M,2l
L0 L
m0lv m lJv （1）
o v0 m
弹性碰撞机械能守恒，
1 2m02 v1 2m2v1 2J2 （2）
注意没有关系： vl
联立(1)、(2)式求解
v(3mM)v0 M3m
6mv0
(M3m)l
M,2l
以悬挂一端为轴，重力产生力矩。
mg l J （2）
2
J 1 ml 2
3
a r l （3） T
m,l
2
联立(1)、(2)、(3)式求解
mg
T 1 mg 4
例5：在光滑水平桌面上放置一个静止的 质量为 M、长为 2l 、可绕中心转动的细 杆，有一质量为 m 的小球以速度 v0 与杆 的一端发生完全弹性碰撞，求小球的反弹4l0时 3g
2l m,l
mg
例4：质量为 m 、长为 l 的细杆两端用细
线悬挂在天花板上，当其中一细线烧断的
瞬间另一根细线中的张力为多大？
解：在线烧断瞬间，
以杆为研究对象，
细杆受重力和线的 张力，
T m,l
m gTma（1）
注意：在细杆转动时，各 点的加速度不同，公式中a