题目内容

12.一辆小车在光滑的水平面上以v1=1m/s的速度向右运动,小车的质量为M=l00kg,如图所示,一质量为m=50kg的人从小车的右端迎面跳上小车,接触小车前的瞬间人的水平速度大小为V2=5.6m/s.求:
(1)人跳上小车后,人和小车共同速度的大小和方向:
(2)跳上小车的过程中,人对小车做的功.
(3)相对小车静止后,人相对车以水平向右1m/s的速度跳下小车,小车的速度.

分析 (1)人跳上小车的过程中,人和车系统动量守恒,根据动量守恒定律求解共同速度的大小和方向;
(2)对小车,运用动能定理列式求解人跳上小车的过程中人对小车做的功.
(3)再由动量守恒定律求人跳下小车后小车的速度.

解答 解:(1)设人跳上小车后,人和小车的共同速度为v,以向右为正方向,根据动量守恒定律得:
  Mv1-mv2=(M+m)v                                       
代入数据得:v=$\frac{M{v}_{1}-m{v}_{2}}{M+m}$=$\frac{100×1-50×5.6}{100+50}$m/s=-1.2m/s    
即人跳上小车后,人和小车的共同速度的大小为1.2m/s,方向水平向左.
(2)人跳上小车的过程中,根据动能定理得人对小车做的功为:
  W=$\frac{1}{2}$Mv2-$\frac{1}{2}$Mv12                                     
代入数据得:W=$\frac{1}{2}$×100×(1.22-12)J=22J 
(3)设人相对车以水平向右1m/s的速度跳下小车后,小车的速度为v′.       
根据动量守恒定律得:
  (M+m)v=Mv′+m(v′+1)
代入数据解得 v′=-2.6m/s,方向向左                      
答:
(1)人跳上小车后,人和小车的共同速度的大小为1.2m/s,方向水平向左.
(2)人跳上小车的过程中,人对小车做的功为22J
(3)小车的速度为2.6m/s,方向向左.

点评 解决该题关键要能分析运动过程,确定研究对象,根据系统动量守恒研究,要注意速度的参照物必须对地面.

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