Question

【題目】甲乙兩人做拋球游戲，如圖所示，甲站在一輛平板車上，車與水平地面間的摩擦不計。甲與車的總質量M=50kg，另有一質量m=2kg的球，乙站在車對面的地上，身旁有若干質量不等的球。開始車靜止，甲將球以速度v(相對于地面)水平拋給乙，乙接到拋來的球后，馬上將另一只質量為m/=2m的球以相同速率v水平拋回給甲，甲接到球后，再以速率v將此球水平拋給乙，這樣反復進行，乙每次拋回給甲的球的質量都等于他接到球的質量的2倍，求：

（1）甲第一次拋出球后，車的速度多大？

（2）甲第二次拋出球后，車的速度多大？

（3）從第一次算起，甲拋出多少個球后，再不能接到乙拋回來的球。

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

根據(jù)動量守恒即可求出車的速度；對于甲和小車整體，每次接到球并拋出后，甲和小車整體的動量均增加，增加量等于小球動量的2倍，結合動量守恒定律分析即可。

（1）以甲和車及第一個球為系統(tǒng)，選向右為正方向，設甲第一次拋出球后的后退速度為v1，由動量守恒得0=mv-Mv1
解得：

（2）再以甲和車及拋回來的球為系統(tǒng)，設甲第二次拋球的速度為v2，甲接到一個從右方拋過來的質量為2m的球，接著又向右扔回一個質量為2m的球，

此過程應用動量守恒得-Mv1 -2mv= -Mv2+2mv
整理可得：Mv2 =4mv+Mv1
解得：，方向向左

（3）第1個球拋出后甲和小車整體的動量為：mv0；
第2個球拋出后甲和小車整體的動量為：mv0+2mv0；
第3個球拋出后甲和小車整體的動量為：mv0+2mv0+4mv0；
…
第n個球拋出后甲和小車整體的動量為：mv0+2mv0+4mv0+…+2nmv0=（M+nm）vn
同時要滿足：vn≤v0

解得：n>4，故n最大取5

即從第一次起，甲拋出5個球后，再也不能接到乙拋回來的球