题目
一人站在长度5m的船头,船漂浮于静水中。船的质量800kg,人的质量50kg。若此人从船头走到船尾,则人相对于水面移动了多少米(忽略水对船的阻力)。A. 5div 17 m B. -8div 17 m C. -5div 17 m D. 80div 17 m
一人站在长度5m的船头,船漂浮于静水中。船的质量800kg,人的质量50kg。若此人从船头走到船尾,则人相对于水面移动了多少米(忽略水对船的阻力)。
A. $$ 5\div 17\ \ m $$
B. $$ -8\div 17\ \ m $$
C. $$ -5\div 17\ \ m $$
D. $$ 80\div 17\ \ m $$
题目解答
答案
D. $$ 80\div 17\ \ m $$
解析
本题考查动量守恒定律以及相对运动的知识。解题思路是先根据动量守恒定律求出船相对于地面的位移,再结合人相对于船的位移求出人相对于水面的位移。
- 设人相对于水面移动的距离为$x$,船相对于水面移动的距离为$y$。
- 以人、船组成的系统为研究对象,系统在水平方向上不受外力,根据动量守恒定律,系统在水平方向上的动量守恒。
- 人从船头走到船尾的过程中,人相对于船的位移为船的长度$L = 5m$,即$x - y = L$。
- 对人、船组成的系统应用动量守恒定律,在人从船头走到船尾的过程中,系统在水平方向上的动量变化为零。
- 人从船头走到船尾的过程中,人相对于船的速度为$v_{人相对船}$,船相对于地面的速度为$v_{船相对地面}$,根据动量守恒定律可得:
$m_{人}v_{人相对船}+m_{船}v_{船相对地面}=0$
由于人从船头走到船尾的过程中,人相对于船的速度和船相对于地面的速度在水平方向上的分量满足:
$m_{人}\frac{x}{t}+m_{船}\frac{y}{t}=0$
其中$t$为时间,化简可得:
$m_{人}x + m_{船}y = 0$ - 已知$m_{人}=50kg$,$m_{船}=800kg$,将$m_{人}=50kg$,$m_{船}=800kg$代入$m_{人}x + m_{船}y = 0$可得:
$50x + 800y = 0$
化简可得:
$x + 16y = 0$ - 联立$\begin{cases}x - y = 5\\x + 16y = 0\end{cases}$,将$x = 5 + y$代入$x + 16y = 0$可得:
$5 + y + 16y = 0$
即$5 + 17y = 0$,解得$y = -\frac{5}{17}m$。 - 将$y = -\frac{5}{17}m$代入$x - y = 5$可得:
$x - (-\frac{5}{17}) = 5$
即$x + \frac{5}{17} = 5$,解得$x = 5 - \frac{5}{17} = \frac{80}{17}m$。