(18分)如图所示,质量为m1=50kg的某学生(可视为质点)站在长为L=3m、质量为m2=100kg的甲车右端,人和车均处于静止状态,地面水平光滑。一质量为m3=100kg的乙车以速度v0=3m/s向右运动。当该学生发现乙车时,两车距离为d=5m,该学生马上在家车商向左匀加速跑动,跑到甲车车位后从甲车跳到乙车上,假设该生跳到乙车后马上相对乙车静止。求:
(1)为了避免在学生从甲车跳出前两车相碰,该学生跑动时加速度a1至少为多少?
(2)要使两车不想碰,该学生跑动时加速度a2至少为多少?
(非命题者注:此问应说明学生离开甲车时对甲车没有水平蹬踏效果)
(1)a1=1m/s2 (2)该学生加速度至少为1.44m/s2
解:
(1)设学生经过时间t1运动到甲车左端时甲车向右运动的位移为s,则学生位移为L-s.
由动量守恒定律可知,学生在甲车上运动时,学生、甲车的动量大小相等、方向相反,故其平均动量大小相等
①……………………2分
设乙车经过时间t2恰好追上甲车,则v0t2="d+s " ②……………………2分
学生在甲车上加速过程 L-s= ③……………………2分
解123得 a1=1m/s2 ……………………2分
(2)设学生运动到甲车左侧时速度为v1,此时甲车速度为v2
由动量守恒定律得 m1v1—m2v2="0 " ④……………………2分
学生跳到乙车后共同速度为v3 ,则m3v0—m1 v1=(m3 +m1)v3 ⑤……………2分
要使两车不相撞 v2 ≥v3 ⑥……………………1分
解④⑤⑥得 v1≥2.4m/s……………………1分
学生在甲车上运动过程 v12=2a2(L-s)……………………2分
∴a2≥1.44m/s2 该学生加速度至少为1.44m/s2……………………2分