Question

【題目】如圖，光滑冰面上靜止放置一表面光滑的斜面體，斜面體右側一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰塊均靜止于冰面上。某時刻小孩將冰塊以相對冰面3 m/s的速度向斜面體推出，冰塊平滑地滑上斜面體，在斜面體上上升的最大高度為h=0.3 m（h小于斜面體的高度）。已知小孩與滑板的總質量為m1=30 kg，冰塊的質量為m2=10 kg，小孩與滑板始終無相對運動。取重力加速度的大小g=10 m/s2。

（i）求斜面體的質量；

（ii）通過計算判斷，冰塊與斜面體分離后能否追上小孩？

Answer 1

【答案】（i）20 kg （ii）不能

【解析】

試題分析：（i）規定向右為速度正方向。冰塊在斜面體上運動到最大高度時兩者達到共同速度，設此共同速度為v，斜面體的質量為m3。由水平方向動量守恒和機械能守恒定律得

m2v20=(m2+m3)v①

②

式中v20=–3 m/s為冰塊推出時的速度。聯立①②式并代入題給數據得

m3=20 kg③

（ii）設小孩推出冰塊后的速度為v1，由動量守恒定律有

m1v1+m2v20=0④

代入數據得v1=1 m/s⑤

設冰塊與斜面體分離后的速度分別為v2和v3，由動量守恒和機械能守恒定律有

m2v20= m2v2+ m3v3⑥

⑦

聯立③⑥⑦式并代入數據得v2=1 m/s⑧

由于冰塊與斜面體分離后的速度與小孩推出冰塊后的速度相同且處在后方，故冰塊不能追上小孩。