度为v2′,剩余部分速度为v1′,根据动量守恒定律得:(M-m)v1′+mv2′=Mv1.
迁移与应用1:答案:2 m/s
解析:解法一:喷出气体的运动方向与火箭的运动方向相反,系统动量守恒.
第一次气体喷出后,火箭速度为v1,有(M-m)v1-mv=0,所以v1=;第二次气体喷出后,火箭速度为v2,有(M-2m)v2-mv=(M-m)v1,所以v2=;
第三次气体喷出后,火箭速度为v3,有(M-3m)v3-mv=(M-2m)v2,
所以v3==m/s=2 m/s.
解法二:选取整体为研究对象,运用动量守恒定律求解.
设喷出三次气体后火箭的速度为v3,以火箭和喷出的三次气体为研究对象,据动量守恒定律,得
(M-3m)v3-3mv=0,所以v3==2 m/s.
活动与探究2:1.答案:设M和m的速度分别为v1和v2,因为在任意时刻总动量守恒,由动量守恒定律得Mv1=mv2.
又因为它们相互作用时间相等,由v1=,v2=知
M=m
所以MX=mx.
2.答案:(1)利用动量守恒,确定两物体速度关系,再确定两物体通过的位移的关系.
由于动量守恒,所以任一时刻系统的总动量为零,动量守恒式可写成m1v1=m2v2的形式(v1、v2为两物体的瞬时速率),表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比.所以全过程的平均速度也与质量成反比.进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比.即=.
(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,找出各长度间的关系.
迁移与应用2:答案:mL(1-cos θ)/(M+m)
解析:设细绳与AB成θ角时小球速度的水平分量大小为v,圆环的速度大小为V,方向水平,则由水平方向动量守恒有MV=mv
且在任意时刻或位置,V与v均满足这一关系,加之时间相同,公式中的V和v可分别用其水平位移替代,设圆环移动的距离是d,小球移动的水平距离是x,则
上式可写为Md=mx
又L-Lcos θ=d+x
解得圆环移动的距离:d=mL(1-cos θ)/(M+m).
当堂检测
1.A 解析:炮艇匀速运动,受到的合力为零,发射炮弹时,牵引力、阻力均不变,合力始终为零,故动量守恒,有Mv0=mv1-mv1+(M-2m)v2,v2=v0,故v2>v0,A正确.
2.B 解析:因水平面光滑,汽缸与气体组成的系统动量守恒,抽去隔板,气体向右运动,汽缸向左运动,气体停止运动时,汽缸也停止运动,B正确.
3.C 解析:因不计水的阻力,人与船组成的系统动量守恒,初动量为零,有0=m人v人-m船v船,即m人v人=m船v船,B错误;因人、船质量关系未知,故A错误;人跳出后的动量大于零,C正确,D错误.
4.B 解析:由于原子核原来处于静止状态,总动量为零,可由动量守恒定律列方程求解.
由动量守恒定律得:
0=mv+(M-m)v′