人和冰车的总质量为M,另有一个质量m的坚固木箱,开始时人坐在冰车上静止在光滑水平面上,某一时刻人将原来景致在冰面上的木箱以速度V推向前方弹性挡板,木箱与挡板碰撞后又反向弹回,设木箱与档板碰撞过程中没有机械能的损失,人接到木箱后又以速度V把木箱推向挡板,如此反复多次,试求人推多少次木箱后 将不可能再接到木箱?(已知:M:m=31:2)
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设第n次人推木箱后的速度为Vn,根据机械能守恒原理,人第一次推木箱后,每次木箱与人接触前,木箱速度都为V,人推木箱后,木箱速度为-V。根据动量守恒原理,第一次推木箱,MV1-mV=0,V1=mV/M;以后每次 MVn-mV=MVn-1+mV,即Vn-Vn-1=2mV/M,这表明第一次后,人每次推木箱后速度增大2mV/M,当人的速度大于或者等于V时,将不可能再接到木箱。因此n=(V-mV/M)/(2mV/M)+1=(29V/31)/(4V/31)+1=33/4,取整数即得n=9,即人推9次木箱后 将不可能再接到木箱。
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这是一道用动量守恒定律解决的问题。在解这道题时,要把这两个物体作用时动量守恒理解为:这两个物体相互作用时,二者动量的改变量大小相等、方向相反。 解:以地面(包括弹性板)为参照物,第一次推物块,物块获得了方向指向弹性板的动量mV,因动量守恒,人车就获得了方向背向弹性板的动量mV;第二次推物块,物块的动量从背向弹性板方向的mV,变为指向弹性板的mV,动量变化了2mV,动量变化的方向是指向弹性板的,因动量守恒,人车背向弹性板方向的动量就增加2mV,变为3mV;以此类推,以后人每推一次物块,人车背向弹性板方向的动量就增加2mV。随着人推物块次数的增加,人车背向弹性板方向的动量就越来越大,即速度越来越大,当速度等于或大于V时,反弹回来的物块就追不上人车了,亦即人不可能再接到木箱。 设推n次后,人车的速度为增大到V,由以上分析,有: MV =(2n-1)mV 又M/m=31/2 解得n=33/4 据题意,n应向上进为整数,故n=9。。
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老大,这种题我们上高中时就过时了,你还在网上公布,提醒你一下,不能接到的临界状态是人和物体有共同速度,运用动量定理和动能定理列两个方程,解就行,祝你好运