高中物理模块要点回眸第6点透析反冲运动的模型——“人船”模型素材新人教版选修3-5

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1、第6点透析反冲运动的模型一一“人船”模型模型建立：如图1所示，长为八质量为刃船的小船停在静水中，质量为/〃人的人由静止开始从船的一端走到船的另一端，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各为多少？以人和船组成的系统为研究对象，在人由船的一端走到船的另一端的过程中，系统水平方向不受外力作用，所以整个系统水平方向动量守恒./图1设某时刻人对地的速度为y人，船对地的速度为心;，取人前进的方向为正方向，根据动量守恒定律有：/〃人y人—处5=0,即y船：卩人=/〃人：刃船.因此人由船的一端走到船的另一端的过程中，人

2、的平均速度与船的平均速度也与它们的质量成反比.而人的位移xst,船的位移"=1江，所以船的位移与人的位移也与它们的质量成反比，即m:*人=/〃人：刃船①①式是“人船模型”的位移与质量的关系，此式的适用条件是原來处于静止状态的系统，在系统内部发生相对运动的过程中，某一个方向的动量守恒.由图可以看出：xx人=0②由①②两式解得xk=^—L.x严加人十加孙加人十血〉此模型可进一步推广到其他类似的情景中，进而能解决大量的实际问题，例如：人沿着静止在空中的热气球下面的软梯滑下或攀上，求热气球上升或下降高度的问题；

3、小球沿放在光滑水平地而上的弧形槽滑下，求弧形槽移动距离的问题等.【对点例题】如图2所示，质量刃=60kg的人，站在质量弭=300kg的车的一端，车长厶=3m,相对于地面静止.当车与地面间的摩擦可以忽略不计时，人由车的一端走到另一端的过程中，车将（）图2A.后退0.5mB.后退0.6mC.后退0.75mD.一直匀速后退解题指导人车组成的系统动量守恒，则〃小=他，所以mx=服,又有Xi+x2=L解得^2=0.5m.答案A方法点评人船模型是典型的反冲实例，从瞬时速度关系过渡到平均速度关系，再转化为位移关系，

4、是解决本题的关键所在.1.一个质量为饮底边长为方的三角形斜劈静止于光滑的水平桌面上，如图3所示.有一质量为刃的小球由斜面顶部无初速度地滑到底部时，斜劈移动的距离为多少?答案mbM+m解析斜劈和小球组成的系统在整个运动过程中都不受水平方向的外力，所以系统在水平方向上动量守恒•斜劈和小球在整个过程屮发生的水平位移如图所示，市图知斜劈的位移为乳小球的水平位移为b-x,由rihX=nkX2,得Mx=m{b—x),所以尸mbM+ni2.如图4所示，一个质量为刃的玩具蛙，蹲在质量为财的小车的细杆上，小车放在光滑的

5、水平桌面上，若车长为0,细杆高为力，且位于小车的中点，试求：当玩具蛙最小以多大的水平速度y跳出，才能落到桌面上.图4答案LM4m+M解析蛙跳岀后做平抛运动，运动时间为t=，蛙与车水平方向动量守恒，可知mx/V/1/=%—/蛙要能落到桌面上，其最小水平速度为v=7上而三式联立求得卩=[〃/+[/1.质量为仍、半径为斤的小球，放在半径为2只质量为財的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上，如图5所示，当小球从图中所示位置无初速度地沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离为多大?解析小球与大球组成的系统水平方向不受

6、力的作用，系统水平方向动量守恒.因此小球向右滚动，大球向左滚动.在滚动过程中，设小球向右移动的水平距离为上，大球向左移动的水平距离为曲，两者移动的总长度为R.因此有财一般2=0而xi+xi=R.由以上两式解得大球移动的距离为m