高中物理:巧用「人船模型」,化簡解題思路

2021-01-21 物理胡老師

「人船模型」是動量守恆問題中典型物理模型,弄清其物理原理,靈活運用求解同類型問題,可以使問題的分析思路和解答步驟變得極為簡捷,收到事半功倍的效果。

適用條件:

1、系統動量守恆。

2、兩個物體相關作用前均靜止。

典型例題:

如圖所示,長為l、質量為M的小船停在靜水中,一個質量為m的人站在船頭。若不計水的阻力,當人從船頭走到船尾的過程中,船和人對地面的位移分別是多少?

解析:

選人和船組成的系統為研究對象,由於人從船頭約走到船尾的過程中,系統在水平方向不受外力作用,所以水平方向動量守恆。開始船停在靜水中,因此整個過程總動量為零。

設某時刻船對地的速度為v1,人對地的速度為v2,選人前進的方向正方向,據動量守恆定律:mv2-Mv1=0

即:v2/v1=M/m

所以每一時刻人的速度與船的速度之比都與它們的質量成反比。

由此可得出結論:

s2/s1=M/m

人的位移和船的位移與它們的質量成反比。

據題意知:若s1+s2=l

所以s1=ml/(M+m),

s2=Ml/(M+m)

總結:

1、「人船模型」是動量守恆定律的拓展應用,把速度和質量的關係推廣到位移和質量的關係。

2、人和船相對地面的位移與其質量成反比,與它們的運動狀態無關。

3、解決此類問題時可借鑑上題中依據動量守恆、幾何關系列關係式解得,省去沒必要的文字敘述和冗長的步驟。

4、結論可直接用於解決同類型選擇題或填空題,達到快速求解的目的。

補充練習:

1、

2、

3、

4、

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