2025年大學(xué)物理（角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.關(guān)于角動(dòng)量的概念，以下說法正確的是（）A.角動(dòng)量只與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)B.角動(dòng)量是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的物理量C.角動(dòng)量的方向與角速度方向無關(guān)D.角動(dòng)量大小等于物體的動(dòng)量與力臂的乘積2.在角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)中，若要改變系統(tǒng)的角動(dòng)量，可通過改變以下哪個(gè)物理量實(shí)現(xiàn)（）A.系統(tǒng)的質(zhì)量B.系統(tǒng)的角速度C.系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量D.以上都可以3.一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，以速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角動(dòng)量大小為（）A.mvB.mvrC.mr2ωD.以上都不對(duì)4.對(duì)于一個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體，下列說法正確的是（）A.剛體上各點(diǎn)的角動(dòng)量都相同B.剛體的角動(dòng)量方向與角速度方向相同C.剛體的角動(dòng)量大小等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與角速度的乘積D.剛體的角動(dòng)量守恒時(shí)，其角速度一定不變5.角動(dòng)量守恒定律成立的條件是（）A.系統(tǒng)不受外力作用B.系統(tǒng)所受合外力矩為零C.系統(tǒng)所受合外力為零D.系統(tǒng)的機(jī)械能守恒6.在驗(yàn)證角動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量的物理量不包括（）A.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量B.角速度C.質(zhì)量D.時(shí)間7.若一個(gè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，而其角動(dòng)量不變，則其角速度將（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定8.關(guān)于角動(dòng)量的單位，以下正確的是（）A.kg·m2/sB.N·mC.J/sD.W9.當(dāng)一個(gè)物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以下哪種情況角動(dòng)量不守恒（）A.物體受到一個(gè)與軸平行的力作用B.物體受到一個(gè)與軸垂直的力作用C.物體受到一個(gè)過軸的力作用D.物體不受外力作用10.一個(gè)半徑為R的圓盤，質(zhì)量為M，繞通過圓心且垂直于盤面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（）A.MR2B.1/2MR2C.2MR2D.1/4MR2第II卷（非選擇題共70分）填空題（共20分）答題要求：本題共5小題，每空2分。把答案填在題中的橫線上。1.角動(dòng)量的定義式為L=__________。2.對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為m、半徑為r的均勻圓環(huán)，繞通過圓心且垂直于環(huán)面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=__________。3.角動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為__________。4.在角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)中，常用的測(cè)量角速度的方法有__________。5.若一個(gè)系統(tǒng)的角動(dòng)量守恒，其機(jī)械能__________（填“一定守恒”或“不一定守恒”）。簡(jiǎn)答題（共15分）答題要求：簡(jiǎn)要回答下列問題。1.簡(jiǎn)述角動(dòng)量守恒定律在日常生活中的應(yīng)用實(shí)例（至少舉兩個(gè)例子）。（5分）2.說明在角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)中，如何減小實(shí)驗(yàn)誤差。（5分）3.對(duì)比角動(dòng)量和動(dòng)量的概念，指出它們的異同點(diǎn)。（5分）計(jì)算題（共20分）答題要求：寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。1.一個(gè)質(zhì)量為2kg的質(zhì)點(diǎn)繞固定點(diǎn)做半徑為0.5m的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度為4rad/s，求其角動(dòng)量大小。（10分）2.在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I=2kg·m2的系統(tǒng)中，初始角速度為ω?=5rad/s，現(xiàn)施加一個(gè)外力矩，使系統(tǒng)的角速度在2s內(nèi)均勻增加到ω=10rad/s，求該外力矩的大小。（10分）實(shí)驗(yàn)題（共15分）答題要求：根據(jù)所給材料回答問題。材料：在角動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，我們通過測(cè)量圓盤在不同時(shí)刻的角速度以及系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來驗(yàn)證角動(dòng)量守恒。實(shí)驗(yàn)裝置主要包括圓盤、砝碼、滑輪、細(xì)線等。實(shí)驗(yàn)過程中，將砝碼通過細(xì)線與圓盤相連，砝碼下落帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。通過測(cè)量砝碼下落的時(shí)間和距離來計(jì)算其加速度，進(jìn)而得到圓盤的角加速度，從而計(jì)算出不同時(shí)刻的角速度。同時(shí)，通過測(cè)量圓盤和砝碼等部件的質(zhì)量以及尺寸來計(jì)算系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量圓盤轉(zhuǎn)過的角度。（5分）2.說明實(shí)驗(yàn)中測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)可能存在的誤差來源及減小誤差的方法。（5分）3.若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)角動(dòng)量不守恒，可能的原因有哪些？（5分）論述題（共20分）答題要求：根據(jù)所給材料回答問題。材料：隨著科技的發(fā)展，角動(dòng)量在航天、機(jī)械等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如在航天領(lǐng)域，衛(wèi)星的姿態(tài)控制需要利用角動(dòng)量守恒原理。通過改變衛(wèi)星內(nèi)部部件的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，可以調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)。在機(jī)械領(lǐng)域，許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)和運(yùn)行也離不開角動(dòng)量的知識(shí)。比如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在工作時(shí)，其角動(dòng)量的穩(wěn)定性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能至關(guān)重要。1.請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述角動(dòng)量守恒原理在衛(wèi)星姿態(tài)控制中的具體應(yīng)用方式。（10分）2.結(jié)合材料，談?wù)劷莿?dòng)量知識(shí)在機(jī)械領(lǐng)域的重要性以及對(duì)相關(guān)工程技術(shù)人員的要求。（10分）答案：1.B2.D3.B4.C5.B6.D7.B8.A9.B10.B填空題答案：1.r×p（或mv×r，其中r為位矢，p為動(dòng)量）2.mr23.L=恒矢量4.光電門測(cè)量時(shí)間間隔計(jì)算角速度等5.不一定守恒簡(jiǎn)答題答案：1.如芭蕾舞演員旋轉(zhuǎn)時(shí)收臂加快旋轉(zhuǎn)速度，利用角動(dòng)量守恒；跳水運(yùn)動(dòng)員在空中旋轉(zhuǎn)時(shí)通過改變身體姿態(tài)控制旋轉(zhuǎn)速度也是利用角動(dòng)量守恒。2.多次測(cè)量取平均值；保證實(shí)驗(yàn)裝置安裝穩(wěn)固；精確測(cè)量各物理量等。3.相同點(diǎn)：都是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。不同點(diǎn)：動(dòng)量描述平動(dòng)狀態(tài)，與速度和質(zhì)量有關(guān)；角動(dòng)量描述轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，與角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等有關(guān)。計(jì)算題答案：1.L=mvr=2×0.5×4×0.5=2kg·m2/s2.根據(jù)角動(dòng)量定理MΔt=IΔω，M=I(ω-ω?)/Δt=2×(10-5)/2=5N·m實(shí)驗(yàn)題答案：1.可通過測(cè)量砝碼下落距離結(jié)合圓盤半徑計(jì)算轉(zhuǎn)過角度。2.誤差來源：質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、尺寸測(cè)量誤差等。減小方法：用更精確儀器測(cè)量，多次測(cè)量取平均等。3.可能原因：系統(tǒng)受到外力矩（如摩擦力等）；測(cè)量誤差過大影響結(jié)果；裝置安裝不規(guī)范等。論述題答案：1.衛(wèi)星內(nèi)部有可轉(zhuǎn)動(dòng)部件，通過改