题目内容
如图所示,在平静的水面上漂浮着一块质量为M=150g的带有支架的木板,木板左边的支架上静静地蹲着两只质量各为m=50g的青蛙,支架高h=20cm,支架右方的水平木板长s=120cm。突然,其中有一只青蛙先向右水平地跳出,恰好进入水中,紧接其后,另一只也向右水平地跳出,也恰好进入水中。请同学们计算:(水的阻力忽略不计,取g=10m/s2,答案保留2位有效数字。)(1)第一只青蛙为了能直接跳入水中,它相对地的跳出初速度v1至少是多大?
(2)第二只青蛙为了能直接跳入水中,它相对地的跳出初速度v2至少又是多大?
(3)在上述过程中,哪一只青蛙消耗的体能大一些?请简述理由。
(共18分) (1)(2)解:设两次跳出对应青蛙的初速率各是
、
,木块分别获得反冲速率为
、
在第一次跳击过程中,对M和2m应用动量定恒定律有:
①(2分) 在第二次跳击过程中,对M和m应用动量守恒定律有:
②(2分) 应用平抛运动规律列出:
③(2分)
④(2分)
⑤(2分) 解得:
⑥(4分) (3)答:上述过程,第一只青蛙消耗的体能大。 ⑦(2分)
⑧(1分) 第二只青蛙消耗的体能:
,可见:
⑨(1分) (特别说明:若回答:因为第1只青蛙跳出时,反冲物的质量M+m,大于第2只青蛙跳出时反冲物的质量M,所以……;或推导出Q的一般表达式与反冲物运动速度无关的,可得2分;若回答:因为第一只跳前反冲物是静止的,第二只跳前反冲物是运动的……等等,均不得分。)
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