量大小为
p1=[M+(n-l)m]Vn-1.
车经过第n个人时,扔出的沙袋速度大小为2nVn-1,其动量大小为 p2=2nmVn-1,
当满足条件p2>p1时,车就反向滑行.于是由
2nmVn-1>[M+(n-l)m]Vn-1, 得
取n=3,即车上堆积3个沙袋时车就反向运动.
(2)设车向负x方向滑行过程中,当第(n—1)个人扔出沙袋后的车速为V'n-1,其动量大小为
p'1=[M+3m+(n-l)m']V'n-1.
车经过第n个人时,扔出沙袋的速度大小为2nV'n-1,其动量大小为
当满足条件P'2=P'1时,车就停止.于是由
[M+3m+(n-l)m']Vn-1=2nm'V'n-1,得
所以车停止时车上共有沙袋数为 N=3+8=11(个). 【说明】本题依据的物理道理是很显然的,由于构思新颖,使不少同学难以从具体问题中抽象出简化的物理模型,以致感到十分棘手.因此,学习中必须注重打好基础和提高分析问题的能力
【例题3】:如图18所示,长为L的轻绳,一端用轻环套在光滑的横杆上(轻绳和轻杆的质量都不计),另一端连接一质量为m的小球,开始时,将系球的绳子绷紧并转到与横杆平行的位置,然后轻轻放手,当绳子与横杆成θ时,小球速度在水平方向的分量大小是多少?竖直方向的分量大小是多少? 【分析与解答】:
对于轻环、小球构成的系统,在水平方向上不受外力作用,所以在水平方向动量守恒。又
由于轻环的质量不计,在水平方向的动量恒为零,所以小球的动量在水平方向的分量恒为零,小球速度在水平方向的分量为零。 又因为轻环、小球构成的系统的机械能守恒,所以mgLsinθ
2
=mVy/2
即Vy=2gLsin?.此为速度竖直方向的分量。
【例题4】:如图所示,质量均为m的两个质点A和B,由长为l的不可伸长的轻绳连接,B质点被限制在水平面上的光滑直槽内,A、B垂直于直槽且相距为1.若质点A以速度V在桌面上平
2行于槽的方向运动,求质点B开始运动时的速度大小.并求绳受到的冲量和槽的反作用力冲量。
解析:质点系在原来速度V的方向上动量守恒,但在绳张紧时刻时V沿绳方向的速度已有损失.根据动量守恒定律及动量定理即可求解.
绳张紧时刻球A在垂直于绳方向上的速度未变化,V1=Vsin30°,沿绳方向的速度已经变化,设为V2.若张紧时刻绳子张力的冲量大小为I,则对A和B分别有
I=m(Vcos30°-V2) ① Icos30°=mVB. ②
因为A、B由绳子牵连,所以它们沿绳方向的速度分量应相等
V2=VBcos30. ③ 取立求解以上三式可得:VB=
3V. ④ 7④代入②可得:I?23mV 7点评:该题的关键是对绳在张紧时刻的速度变化情况进行分析.当物体由绳子牵连时,它们沿绳方向的速度应相等.
【例题5】:网球拍以速率V1击中以速率V0飞来的网球,被击回的网球的最大速率为多少?(以上所有的速率均指相对于地面) 【解答】:以拍为参照物,网球以(V1 +V0)的速度击中球拍,根据小质量物体碰远大质量物体,在无动能损失的情况下原速反弹的知识可知:网球以(V1 +V0)的速度反弹,故网球此时的对地速度为:
(V1 +V0)+V1=2V1 +V0
【例题6】:用两根完全相同的弹簧将一个质量为m的小球安装在质量为M的框架内(如图所示,弹簧的劲度系数为k,质量可以忽略)在小球位于框架内中心位置的状态下,框架以速
V0 度V0沿着水平光滑的地板向左方滑动,并且于墙壁作瞬时完全非弹性碰撞,假设框架与墙壁之间无吸附力,求:
⑴框架与墙壁接触后,小球偏离中心的最大距离。 ⑵从框架与墙壁接触直至脱离所经历的时间。
⑶在框架脱离墙壁后的运动中,弹簧的最大形变量 ⑷框架在远离墙壁的运动中的最大速度。 【解答】:(1)M与壁碰撞,M的速度为0
112m2 mV0?2?kx可得:x?V0222k
(2)对小球m而言作简谐运动,所需时间为
1t=T??2m2k
(3)框架脱离墙壁后,达到共同速度时弹簧有最大压缩量,则
mV0?(m?M)V共
111222mV0?(M?m)V共+2kx? 222x??V0mM2k(m?M)
(4)当框架第一次恢复原长时,其速度达到最大值
mV0?mV1?MV2
111222mV0?mV1?MV2 222V2max2mV0?M?m
【例题7】:(斜碰)如图
所示,质量为M,半径为R的铁环,放在光滑平面上,另有质量为m的小铁球,以速度V0从O′出发,
而oo′=R/2,则经过多少时间小球将与铁环发