甲、乙两小船质量均为M=120 kg,静止于水面上,甲船上的人质量m=60 kg,通过一根长为L=10 m的绳用F=120 N的水平力拉乙船,求:
(1)两船相遇时,两船分别走了多少距离.
(2)为防止两船相撞,人至少以多大的速度跳离甲船.(忽略水的阻力)
【解析】:(1)甲船和人与乙船组成的系统动量时刻守恒.
由平均动量守恒得:(M+m)x甲=Mx乙
又x甲+x乙=L
以上两式联立可求得:x甲=4 m,x乙=6 m.
(2)设两船相遇时甲船的速度为v1,对甲船和人用动能定理得:
Fx甲=(M+m)v
因系统总动量为零,所以人跳离甲后,甲速度为零时,人跳离速度最小,设人跳离的速度为v,因跳离时,甲船和人组成的系统动量守恒,有:(M+m)v1=0+mv可求得:v=4m/s.
质量是1 kg的钢球,以5 m/s的速度水平向右运动,碰到墙壁后以3 m/s的速度被反向弹回,钢球的动量改变多少?
如钢球以2m/s的速度,与水平面成30°角落到粗糙地面相碰后弹起,弹起速度大小为2 m/s,方向与水平面成60°角,判别钢球的动量改变量的方向.
【解析】:第一种情况:取水平向右为正方向.钢球碰前的动量为:p1=mv1=5 kg·m/s
碰后的动量为:p2=mv2=-3 kg·m/s
动量变化量为:Δp=p2-p1=(-3-5)kg·m/s=-8 kg·m/s
负号表示方向水平向左
第二种情况:p1、p2的大小分别为2 kg·m/s和2 kg·m/s,方向如图所示,由图所示平行四边形可得Δp的大小和方向.
大小:Δp=
= kg·m/s
=4 kg·m/s
方向:与竖直方向成30°角
如图所示,国际花样滑冰锦标赛男女双人自由滑项目中,我国著名选手申雪、赵宏博在决赛中的一个瞬间,他们正以相同的速度v0在光滑冰面上前进,当赵宏博用力将申雪向后推出后,申雪单腿沿直线匀速运动后继而做出优美的旋转动作,若赵宏博以相对自己的速度v向后推出申雪,问赵宏博的速度变为多大?(设赵宏博的质量为M,申雪的质量为m)?
【解析】:设他们前进的方向为正方向,以冰面为参考系,推出后,赵宏博的动量为Mv男,申雪相对冰面的速度为-(v-v男),根据动量守恒定律得:
(M+m)v0=Mv男-m(v-v男)
解得v男=v0+.
一个物体静置于光滑水平面上,外面扣一质量为M的盒子,如图(1)所示.现给盒子一初速度v0,此后,盒子运动的v-t图象呈周期性变化,如图(2)所示.请据此求盒内物体的质量.
【解析】:设物体的质量为m,t0时刻受盒子碰撞获得速度v,根据动量守恒定律
Mv0=mv,①
3t0时刻物体与盒子右壁碰撞使盒子速度又变为v0,说明碰撞是弹性碰撞
mv=mv2,②
联立①②解得m=M.
(也可通过图象分析得出v0=v,结合动量守恒,得出正确结果)
如图所示,一个质量为m=60 kg的人拽着一个氢气球的软绳,软绳的下端刚好与地面接触,此时人距地面的高度h=60 m,气球与软绳质量M=120 kg,整个系统处于平衡,现此人沿软绳向下滑,问他能否安全回到地面?
【解析】:当人到达软绳的末端时,软绳已离开地面一段高度H,人能否安全到达地面决定于H的大小.
由人船模型得:m(h-H)=MH
解得:H== m=20 m
人要回到地面得从20米高的地方跳下来,这是很危险的.所以不能.
用不可伸长的细线悬挂一质量为M的小木块,木块静止,如图所示.现有一质量为m的子弹自左方水平射向木块,并停留在木块中,子弹初速度为v0,则下列判断正确的是
( )
A.从子弹射向木块到一起上升到最高点的过程中系统的机械能守恒
B.子弹射入木块瞬间动量守恒,故子弹射入木块瞬间子弹和木块的共同速度为
C.忽略空气阻力,子弹和木块一起上升过程中系统机械能守恒,其机械能等于子弹射入木块前的动能
D.子弹和木块一起上升的最大高度为、
【解析】:从子弹射向木块到一起运动到最高点的过程可以分为两个阶段:子弹射入木块的瞬间系统动量守恒,但机械能不守恒,有部分机械能转化为系统内能,之后子弹在木块中与木块一起上升,该过程只有重力做功,机械能守恒但总能量小于子弹射入木块前的动能,因此A、C错误;由子弹射入木块瞬间动量守恒可得子弹射入木块后的共同速度为,B正确;之后子弹和木块一起上升,该阶段机械能守恒可得上升的最大高度为,D正确.