题目内容
【题目】如图所示,设初始时,人和板均静止,从某一时刻起,人在板上加速运动,到达板右端,骤然停止,此后人和板一起向右滑动,求滑动的最大距离l。(相关数据如图所示)
【答案】
【解析】
这里所求的人、板向右滑动的最大距离,是指人在板上的各种运动方式中,可以使人、板向右滑动最大距离所对应的某一种运动方式. 这对应着人在板上做加速运动时板动与不动的两种情况.
若不动,当人到达板的右端骤然停止时,人的动量即为系统的动量,它决定了系统后面运动的初速度.
由可知,人在加速阶段,越大,越大. 所以,对于地面的滑动距离而言,人在板上的加速度越大越好. 此种情况下的最大加速度为,当人的加速度大于这一值时,板将发生滑动.
若人在加速阶段,在向左滑动,此时选择人、板组成的系统进行讨论:这种情况下,人与板间的作用力为内力,它不改变系统的动量,能改变系统动量的只是外力,即地面对的摩擦力(方向向右),而摩擦力的大小是定值,即.
为了使系统得到最大的动量,就应增加作用时间,这就意味着要减小人的加速度,而这种情况下,人的最小加速度也为,因为人只有大于这一加速度,板才有可能运动.
综上所述,选择将动而未动时的情况为最佳,即人的加速度为.
在人的加速与板的滑动两种情况下,外力大小均为,动量的变化值也相等,因而作用时间也相等,则,其中,.
由此易得.
本题亦是一个多对象(人和板)、多过程(人在板上运动与人、板一起向前滑动)问题,同时还涉及多状态(人在板上跑动时,极滑动与不滑动两种情况),特别是多状态是隐性的,如果没有对题干中“各种运动方式”作出正确的理解与分析,必然对整个模型与整个过程感到迷茫,有一种无从下手的感觉.
正确地理解题意,全面构建出符合题意的模型,冷静比较,分析状态变化的临界态,合理筛选出极值态,才能找到通达结果的合理路径,而完成这一系列操作是需要很强的综合能力的.