如图所示,质量为M=50kg的人站在质量为m=30kg的冰车上,冰车和人一起从足够长的雪坡上高h=0.45m处由静止开始

如图所示,质量为M=50kg的人站在质量为m=30kg的冰车上,冰车和人一起从足够长的雪坡上高h=0.45m处由静止开始下滑,到广阔的水平雪地上后,人向冰车的前方水平跳出.不计冰车与雪坡和水平雪地的摩擦以及空气阻力,人和车都可以看着质点,g取10m/s2.求:
(1)若人跳离冰车时的速度(相对于地面)为6m/s,人在跳车过程中,总共做了多少功?
(2)为了避免跳车后冰车和人相碰,人跳离冰车时的速度(相对于地面)应在什么范围.
方圆方 1年前 已收到1个回答 举报

沧海桑田我的泪 幼苗

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解题思路:(1)由题意,不计冰车与雪坡和水平雪地的摩擦以及空气阻力,人和冰车一起下滑到斜坡底端过程中机械能守恒,即可根据机械能守恒定律列式求出人和冰车滑到斜坡底端时的速度.对于跳车过程中,人和冰车系统动量守恒,据动量守恒定律列方程,可求出人跳离冰车时车的速度,再根据动能定理求解人对车所做的功.
(2)为了避免跳车后冰车和人相碰,人跳离冰车时车的速度大小必须小于人的速度大小,再运用动量守恒定律列式求解.

(1)人和冰车一起下滑到斜坡底端过程中机械能守恒:
[1/2](M+m)v
20=(M+m)gh…①
跳车过程中,人和冰车系统动量守恒:
(M+m)v0=Mv1+mv2…②
跳车过程中人做的功为:
W=([1/2M
v21]+[1/2m
v22])-[1/2(M+m)
v20] …③
联解①②③得:W=600J;
(2)人跳车后,人和冰车系统动量守恒.若车返回且车速v2′比人速v1′大,则车到斜坡上后再滑下还会追上人并与人相碰.所以要不相碰,以车原来的速度方向为正方向,则有:
(M+m)v0=Mv1′-mv2′…④
v1′≥v2′…⑤
v1′≥v0 …⑥
联解①④⑤⑥并代入数据得:3m/s<v1′≤12m/s,即为了避免跳车后冰车和人相撞,人跳离冰车时的速度(相对于地面)应满足 3m/s≤v1′≤12m/s;
答:
(1)若人跳离冰车时的速度(相对于地面)为6m/s,人在跳车过程中,总共做了600J的功.
(2)为了避免跳车后冰车和人相碰,人跳离冰车时的速度(相对于地面)应应满足3m/s≤v1′≤12m/s.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 解决该题关键要抓住每个物理过程所遵守的物理规律,知道避免两人发生碰撞的临界条件是人的速度大小恰好等于车的速度大小.

1年前

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