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。