关于角动量守恒定律的应用

本文结合实例阐述了怎样应用角动量定理和角动量守恒定律解决力学问题．指出角动量定理和角动量守恒定律只适用于惯性参照系和质心参照系．角动量守恒是对惯性参照系某一固定参考点而言的．但在没有外力的情况下，角动量守恒对于惯性参照系的任一固定参考点都是适用的．     

杆与质点碰撞中的角动量守恒问题

关于质点与不固定的刚性杆在水平面内碰撞之类的题目,是大学力学中灵活应用角动量守恒定律、活跃学生思维的有趣而典型的例子,被许多力学教材和习题集引用.人们对该类题目的多种解法以及容易出现的问题曾进行过不少讨论[1～3],但是关于质点组对质心的角动量和对某种与质心相关的参考点的角动量的关系以及应用,并没有引起人们的注意.如果将这个关系明确化,不仅可以简化解题思路和方法,而且概念清楚,不容易出现错误.     

对第26届物理竞赛一道“角动量”题目的解读

第26届全国中学生物理竞赛复赛第一大题的第5题原题如下．如图1,给静止在水平粗糙地面上的木块一初速度,使之开始运动．一学生利用角动量定理来考查此木块以后的运动过程：“把参考点设于如图所示的地面上一点O,此时摩擦力f的力矩为零,从而地面上木块的角动量将守恒,这样木块将不减速而做匀速运动．”请指出上述推理的错误,并给出正确的解释．     

部分相干光的轨道角动量及其谱的分析研究

针对光束轨道角动量的研究主要集中在相干光束的研究，而对于部分空间相干光束的轨道角动量研究较少，依据部分相干光的Wigner分布函数推导出部分相干光的轨道角动量表达式，分析了部分相干光的轨道角动量谱特性。采用Mercer展开法得到了轨道角动量谱，计算了给定部分相干光束的轨道角动量谱，讨论了部分相干性对轨道角动量谱的影响。研究结果表明：部分相干光和相干光具有相同的轨道角动量表达式，部分相干光的轨道角动量谱随着相干性的变差而愈发弥散，携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱比不携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱更容易受相干度的影响。     

转动刚体角动量的复杂关系——兼谈不同参考系选择的意义

一道貌似简单的刚性陀螺运动题,牵扯出大学物理教学中一个被忽略的问题——刚体同时绕相互垂直的轴旋转时角动量的计算.本文从一道题目的解答入手,阐述刚体(陀螺)旋转的角动量复杂关系,推导出简易、约束陀螺的正确角动量变换关系.同时讨论选择惯性参考系与非惯性参考系时对问题求解有不同难度的问题.     

对经典力学中的轨道角动量和自转角动量的探讨

角动量是力学中的重要概念.本文建立了经典力学中质点系的轨道角动量和自转角动量的概念,使经典力学的理论体系更加完备,并通过几个例子阐述其应用意义.在经典力学中引入轨道角动量和自转角动量的概念,能够使学生加深对角动量的理解.     

轨道角动量指向可控的紧聚焦时空波包(特邀)EI北大核心CSCD

利用Debye积分,研究了三个相互正交的轨道角动量(包括两个正交的横向轨道角动量以及一个纵向轨道角动量)光场在紧聚焦条件下的复杂耦合现象,并演示了焦场中相位奇点在三维时空间中的演化。此外,还研究了具有不同拓扑荷数的纵向轨道角动量对聚焦波包整体轨道角动量指向的影响。数值结果表明,聚焦波包的整体轨道角动量指向可由纵向轨道角动量的拓扑荷数进行调控,进而实现紧聚焦时空波包的轨道角动量指向可控。这种角动量指向可控的时空波包在光学微操作、微纳加工、自旋-轨道耦合以及量子通信等领域具有潜在的应用价值。     

自旋-轨道耦合系统的电子涡旋

在轨道角动量守恒的无自旋-轨道耦合系统中存在带轨道角动量量子数的电子涡旋波解,研究了存在自旋-轨道耦合,轨道角动量不守恒的系统,发现携带总角动量量子数的电子旋量波函数也有涡旋波解,表现为自旋波函数和涡旋波波函数的纠缠波函数.以中心力场中的电子为例,构建了自旋-轨道耦合导致的轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,携带固定总角动量量子数的电子沿z轴传播的涡旋波旋量波函数结构.对自旋-涡旋纠缠中相应的电子涡旋波进行了微扰求解,并结合Foldy-Wouthuysen变换,说明了在相对论情况下,中心力场中携带固定总角动量量子数的电子沿z轴传播时也确实存在四分量旋量的涡旋解,从而为有自旋-轨道耦合导致的轨道角动量不守恒但总角动量守恒的系统提供了存在涡旋结构的理论支持.     

复杂像散椭圆光束的轨道角动量的实验研究

提出一种直接测量光束的轨道角动量的方法，其原理是把具有轨道角动量的光束照射到一个金属靶上，使其在光束的角动量作用下发生转动. 通过测量靶转动的角度来计算光束的角动量值. 对几种不同参数的光束的轨道角动量进行了测量，获得了轨道角动量与光束参数之间的关系，实验结果与理论分析较好地符合. 关键词： 复杂像散椭圆光束 轨道角动量 测量     

两个同心带电球壳体系电磁场角动量的研究

电磁场的动量和角动量是经典电磁学有趣而又基本的问题。根据标准电磁理论,电磁场角动量可表示为L_(em)=ε_0∫_vr×(E×B)dV,对恒定电磁场,角动量还可以用L_(em)=∫r×ρAdV来计算,文章对此进行了分析。通过一个简单的模型,即一个固定的绝缘带电球壳处在另一个旋转的绝缘带电球壳中心,分析了该体系电磁场从建立到稳定,再到撤去的过程中,整个系统角动量的变化情况。验证了在建立稳定电磁场的过程中,外力提供的冲量矩一部分转化为电磁场角动量储存在电磁场中,一部分提供体系的转动机械角动量,当撤掉磁场后,电磁场角动量转换成机械角动量,整个过程角动量守恒。     

声轨道角动量水下发射与数据传输实验

研究了声轨道角动量水下发射技术与多路复用的水下数据传输,基于点源理论推导了相控圆周阵列发射声轨道角动量的基本原理,分析了干扰项的阶数成分及干扰项对主项的影响,优化设计了基于Cymbal换能器的阵列样机,阵列样机直径为Φ180 mm,阵元数为10元,工作频率为25 kHz,通过对阵列阵元的相位调控实现了-3至3六阶声轨道角动量的发射,验证了基于相控原理实现不同拓扑荷数声轨道角动量发射的理论。通过利用各阶声轨道角动量的开关状态进行数据编码,进行了基于声轨道角动量多路复用的水下数据传输实验,实验结果表明,不同拓扑荷数的声轨道角动量具有良好的正交性质,可以利用基于声轨道角动量的多路复用技术实现水下数据传输功能。      

电磁场角动量守恒及其应用

由带电体与电磁场相互作用时角动量守恒推导出电磁场角动量及角动量流的具体表达式,讨论了电磁角动量对于深入理解电磁场基本属性的作用以及它在微观物理学研究中的应用。     

螺旋相位光束轨道角动量态测量的实验研究

对螺旋光束的轨道角动量态的测量技术进行了实验研究.建立了一套利用Mach-Zehnder干涉仪测量光束轨道角动量态的系统,对利用空间光调制器生成的携带不同轨道角动量的光束进行了测量,通过Mach-Zehnder干涉仪分离出了具有不同角量子数的螺旋光束. 关键词： 轨道角动量 空间光调制器 Mach-Zehnder干涉仪     

讨论简谐振动不容忽视的问题

指出了分析判断简谐振动时易被忽视的一个问题,给出了简洁明了的分析方法和实例,进而明确了一定振动系统的运动性质与坐标原点选择无关,以及振动系统的能量守恒与势能零参考点的选择无关等基本结论．     

柱矢量光束的角动量性质

介绍了非近轴光束的表示理论,利用该表示理论很好地解决了非近轴光束的角动量问题,发现非近轴光束的总角动量可以严格地分解成自旋和轨道两部分,但是两者都依赖于由偏振椭圆度表征的光束的偏振状态。主要研究了柱矢量光束的角动量问题。给出了动量空间和位形空间中的柱矢量光束表达式和角动量算符表达式。通过分析两个空间中的角动量算符及柱矢量光束表达式,发现在这两种空间中,具有螺旋型相位的柱矢量光束是角动量算符沿着传播方向的分量的本征态,其本征值与偏振椭圆度无关,这为计算这类特殊光束的角动量提供了一种新方法。     

角动量的物理图象

根据角动量的定义，结合图形，分析和讨论角动量计算中各项以及各量的深刻意义，建立角动量的物理图象．明确对点的角动量和对轴的角动量的关系．     

声子角动量与手性声子

在经典的物理学理论中,声子广泛地被认为是线极化的、不具有角动量的.最近的理论研究发现,在具有自旋声子相互作用的磁性体系(时间反演对称性破缺)中,声子可以携带非零的角动量,在零温时声子除了具有零点能以外还带有零点角动量;非零的声子角动量将会修正通过爱因斯坦-德哈斯效应测量的回磁比.在非磁性材料中,总的声子角动量为零,但是在空间反演对称性破缺的六角晶格体系中,其倒格子空间的高对称点上声子具有角动量,并具有确定的手性;三重旋转对称操作给予声子量子化的赝角动量,赝角动量的守恒将决定电子谷间散射的选择定则;此外还理论预测了谷声子霍尔效应.     

双螺旋凹槽结构超表面检测偏振状态的研究

偏振态信息与轨道角动量信息是光学信息的重要载体,也是光学信息处理的重要参量,在石英基底上设计了阿基米德双螺旋结构,利用有限元法计算了带有不同轨道角动量和偏振态信息的入射光照射到上述超构表面时,入射光与超表面耦合所产生的透射光呈现不同强度分布的图样,根据该图样,可检测入射光的偏振态信息。为检测入射光的轨道角动量,还提出了一种新的计算方法,针对不同轨道角动量的入射光与超表面耦合所产生的透射光场,计算出透射场强度中心偏移量,利用透射场强度中心的偏移表征入射光的轨道角动量,最后成功拟合出入射光轨道角动量与强度中心偏移二者的关系,实现了对入射光轨道角动量的检测。为检测入射光携带的信息提供了思路。     

从空间转动的几何性质推导角动量对易式

经典力学中把L=r×P叫做角动量.量子力学将r和P看作算符后得到算符(1)(V是微分算符),称L为角动量算符.由定义式(1)出发,经过微分运算可得到角动量算符不同分量间的对易关系(2a) (2b) (2c)这种关于角动量的定义和对易关系的推导方法,不具有普遍意义,它只适用于轨道角动量.而角动量这个量跟系统在转动下的变换性质有本质联系.角动量的对易关系,与体系在转动下的特性密切相关.笔者认为,在量子力学的教学中,如果在利用经典概念建立了量子力学的轨道角动量算符后,能再进一步从体系的转动变换性质推导角动量算符,并给出角动量的一般定义式,对提…     

陀螺进动中的“角动量不守恒”问题

一些力学教科书中对回转效应的讲解就是直接利用重力力矩导致陀螺角动量变化得到均匀进动角速度,但是这会导致竖直方向出现进动角动量而无法解释的问题,即看似角动量不守恒。本文从基本的力学原理出发,分析了陀螺水平释放后从开始到稳定过程中的进动和章动,并对结果进行了数值模拟,证明忽略进动阻尼时稳定进动角动量与陀螺下倾导致的自转角动量竖直分量大小相等、方向相反,保证了系统竖直方向角动量恒为零。