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6.1 人船模型

动量定理与动量守恒定律 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 系统动量守恒,质心位置不变,两物体位移与质量成反比。

从哪来 基于7.3 子弹打木块中动量守恒思想,结合2.1 质点模型将物体简化,利用3.2 匀变速直线运动推导位移关系。

为什么 系统水平方向不受外力,总动量守恒且初始总动量为零。任意时刻 $m_1v_1 + m_2v_2 = 0$,对时间积分得 $m_1x_1 + m_2x_2 = 0$。因两物体相对位移固定(如船长),故位移严格反比于质量,与受力细节无关。

讲法
适合:形象思维强、喜欢直观演示的学生 用“跷跷板”类比:两人站在无摩擦冰面上,质量大的人移动距离小,质量小的人移动距离大,两人始终关于“重心”对称。强调“你退我进,总重心不动”。
讲法
适合:逻辑严密、偏好数学推导的学生 从 $m_1\frac{dx_1}{dt} + m_2\frac{dx_2}{dt} = 0$ 出发,积分得 $m_1\Delta x_1 + m_2\Delta x_2 = 0$。结合几何约束 $\Delta x_1 + \Delta x_2 = L$(相对位移),联立解出 $\Delta x_1 = \frac{m_2}{m_1+m_2}L$。强调这是动量守恒的积分形式。
讲法
适合:空间想象力强、擅长物理建模的学生 引入“质心参考系”:在质心系中,两物体始终在质心两侧对称运动。回到地面系时,质心静止,故两物体位移矢量之和为零。用矢量图展示 $\vec{r}_1$ 和 $\vec{r}_2$ 反向共线,长度比等于质量反比。
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练一道
基础题
质量 $M=50\text{kg}$ 的人从静止的 $m=100\text{kg}$ 船头走到船尾,船长 $L=3\text{m}$,求船后退距离。
变式
同上,但人走到船中点,求船后退距离。
试试手自己判
检测题
质量 $m_1=2\text{kg}$ 和 $m_2=3\text{kg}$ 的物体在光滑水平面上,初始静止,中间有弹簧。释放后,$m_1$ 移动了 $0.6\text{m}$,求 $m_2$ 移动距离。
看答案和判分标准
答案:$0.4\text{m}$。
判对标准:
学生能列出 $m_1 x_1 = m_2 x_2$ 并正确代入计算,结果正确即判对。若只写公式未计算或结果错误,判错。
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