题目
一质量为60 kg的人起初站在一条质量为300 kg,且正以2 m/s的速率向湖岸驶近的小木船上,湖水是静止的,其阻力不计.现在人相对于船以一水平速率v沿船的前进方向向河岸跳去,该人起跳后,船速减为原来的一半,v应为A. 2 m/sB. 3 m/sC. 5 m/sD. 6 m/s
一质量为60 kg的人起初站在一条质量为300 kg,且正以2 m/s的速率向湖岸驶近的小木船上,湖水是静止的,其阻力不计.现在人相对于船以一水平速率v沿船的前进方向向河岸跳去,该人起跳后,船速减为原来的一半,v应为
A. 2 m/s
B. 3 m/s
C. 5 m/s
D. 6 m/s
题目解答
答案
D. 6 m/s
解析
步骤 1:确定初始动量
初始时,人和船作为一个整体,以2 m/s的速度向湖岸驶近。因此,初始动量为:
\[ P_{\text{初始}} = (m_{\text{人}} + m_{\text{船}}) \times v_{\text{初始}} = (60 + 300) \times 2 = 720 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
步骤 2:确定人跳离后船的速度
人跳离后,船的速度减为原来的一半,即1 m/s。因此,船的动量为:
\[ P_{\text{船}} = m_{\text{船}} \times v_{\text{船}} = 300 \times 1 = 300 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
步骤 3:确定人的动量
由于系统总动量守恒,人的动量为:
\[ P_{\text{人}} = P_{\text{初始}} - P_{\text{船}} = 720 - 300 = 420 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
因此,人的速度为:
\[ v_{\text{人}} = \frac{P_{\text{人}}}{m_{\text{人}}} = \frac{420}{60} = 7 \text{ m/s} \]
步骤 4:确定人相对于船的速度
人相对于船的速度为:
\[ v = v_{\text{人}} - v_{\text{船}} = 7 - 1 = 6 \text{ m/s} \]
初始时,人和船作为一个整体,以2 m/s的速度向湖岸驶近。因此,初始动量为:
\[ P_{\text{初始}} = (m_{\text{人}} + m_{\text{船}}) \times v_{\text{初始}} = (60 + 300) \times 2 = 720 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
步骤 2:确定人跳离后船的速度
人跳离后,船的速度减为原来的一半,即1 m/s。因此,船的动量为:
\[ P_{\text{船}} = m_{\text{船}} \times v_{\text{船}} = 300 \times 1 = 300 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
步骤 3:确定人的动量
由于系统总动量守恒,人的动量为:
\[ P_{\text{人}} = P_{\text{初始}} - P_{\text{船}} = 720 - 300 = 420 \text{ kg} \cdot \text{m/s} \]
因此,人的速度为:
\[ v_{\text{人}} = \frac{P_{\text{人}}}{m_{\text{人}}} = \frac{420}{60} = 7 \text{ m/s} \]
步骤 4:确定人相对于船的速度
人相对于船的速度为:
\[ v = v_{\text{人}} - v_{\text{船}} = 7 - 1 = 6 \text{ m/s} \]