解题思路:①人拉车的过程即是动量守恒的过程,也是人对甲车、乙车和人组成的系统做功的过程,可以通过动量守恒计算出甲车和人的速度,在由Ek=[1/2]mv2计算出甲车和人、乙车的动能,由动能定理知:甲车和人、乙车的动能之和等于人对系统做的功.
②停止拉绳后,甲车和人与乙车相向匀速运动,有动量守恒有0=(m甲+m人)v甲+m乙v乙∴且甲车和人的动量与乙车动量等大小相等,方向相反.要两车不相撞,应有人跳到乙车后,甲车、乙车和人的速度应当同向且大小相等.
①设甲、乙两车和人的质量分别为m甲、m乙和m人,
停止拉绳时甲车的速度大小为v甲,乙车的速度大小为v乙,
由动量守恒定律得(m甲+m人)v甲=m乙v乙,
解得:v甲=0.25m/s;
由功与能的关系可知,人拉绳过程做的功等于系统动能的增加量.W=
1
2(m甲+m人)v甲2+
1
2m乙v乙2=5.625J,
②设人跳离甲车时人的速度方向为正,大小为v人,
甲车的速度为v'甲,人离开甲车前后由动量守恒定律得:
(m甲+m人)v甲=m甲v'甲+m人v人,
人跳到乙车时,人与乙车共同速度为:
v'乙:m人v人-m乙v乙=(m人+m乙)v'乙,
若两车不碰撞,则v'甲≤v'乙,
代入得:v人≥0.5m/s
当人跳离甲车的速度大于或等于0.5m/s时,两车才不会相撞.
答:①人在拉绳过程做了5.625J的功;
②若人停止拉绳后,至少以0.5m/s的速度立即从甲车跳到乙车才能使两车不发生碰撞.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;功能关系.
考点点评: 该题考查学生对动量守恒定律及动量定理的考查.解决该题时注意不同物理过程中的不同研究对象.