[针对训练1] 如图2所示,甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏,甲和他的冰车总质量为M=30 kg,乙和他的冰车总质量也是30 kg。游戏时,甲推着一个质量为m=15 kg 的箱子和他一起以v0=2 m/s的速度滑行,乙以同样大小的速度迎面滑来,为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推给乙,箱子滑到乙处,乙迅速抓住。若不计冰面摩擦。
图2
(1)若甲将箱子以速度v推出,甲的速度v1为多少?(用字母表示)
(2)设乙抓住迎面滑来的速度为v的箱子后反向运动,乙抓住箱子后的速度v2为多少?(用字母表示)
(3)若甲、乙最后不相撞,甲、乙的速度应满足什么条件?箱子被推出的速度至少多大?
解析 (1)设甲运动的方向为正方向,甲将箱子推出的过程,甲和箱子组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:(M+m)v0=mv+Mv1①
解得v1=②
(2)箱子和乙作用的过程动量守恒,以箱子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv-Mv0=(m+M)v2③
解得v2=④
(3)甲、乙不相撞的条件是v1≤v2⑤
其中v1=v2为甲、乙恰好不相撞的条件。
联立②④⑤三式,并代入数据得v≥5.2 m/s。
答案 (1)
(2)