「螺旋甩球」認識「角動量」
- 觀念物理
- 撰文者：張慧貞
- 發文日期：2016-10-01
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小試身手
( )1. 一繩兩側分別連接一球，穿過一個小圓杯，並將其中一球沿水平面甩起(如圖1)。甩球的過程，施力將下方之繩子逐漸拉下，使上方球以螺旋軌跡向內縮小(如圖2所示)。當旋轉半徑縮為原來之1/2時，繩子張力應變為原來幾倍？
(A) 1/2倍 (B) 1倍 (C) 2倍 (D) 4倍 (E) 8倍
圖1：螺旋甩球教具 圖2：下拉螺旋甩球
( )2. 承上題，過程中球對中心轉軸的角速率變為原來幾倍？
(A) 1倍 (B)√2 倍 (C) 2倍 (D) √8 倍 (E) 4倍
( )3. 承上題，過程中角動量變為原來幾倍？
(A) 1/2倍 (B) 1倍 (C) 2倍 (D) 4倍 (E) 8倍
( )4. 現甩動中央小圓杯，當球維持穩定旋轉時，先放開握住下方球的手，進而將上方球逐漸甩出(如圖3)，則旋轉半徑逐漸增大的過程(下方球以等速上升)，上方球的速率應如何？
(A) 漸增 (B) 漸減 (C) 維持不變
圖3：擴張螺旋甩球
( )5. 承上題，旋轉半徑增大的過程中，上方球的角動量將會如何？
(A) 漸增 (B) 漸減 (C) 維持不變
( )6. 承上題，當旋轉半徑變為原來2倍時，上方球的角速率應為原來之幾倍?
(A) 1/4倍 (B) 1 / √8 倍(C) 1/2倍 (D) 1 / √2 倍
( )7. 如圖4所示，一人兩手分別握著啞鈴在無摩擦之轉台上等速旋轉，若此人將手上的啞鈴放掉，直到落地之前的過程，[人+啞鈴]系統的角動量是否守恆？
(A) 守恆 (B) 不守恆
圖4：旋轉者放開啞鈴
( )8. 承上題，放掉啞鈴後此人旋轉之角速率將會如何？
(A) 增加 (B) 減小 (C) 不變
( )9. 承上題，啞鈴被放掉後到落地前的過程，其運動軌跡為何？
(A) 固定半徑的螺旋落下 (B) 半徑漸增的螺旋落下 (C) 半徑漸減的螺旋落下 (D) 拋物線落下 (E) 直線落下
( )10. 承上題，啞鈴在落下過程，其對中心轉軸的角動量將會如何？
(A) 逐漸增加 (B) 逐漸減小 (C) 保持定值且不為零 (D) 維持為零