题目
光滑水平面上，物块 \(A\) 以 \(8\,\mathrm{m/s}\) 滑上粗糙长木板 \(B\)，随后进入光滑圆弧轨道 \(C\)。三者质量均为 \(2\,\mathrm{kg}\)，\(R=1.8\,\mathrm m\)。当 \(A\) 刚离开 \(B\) 时 \(B\) 速度为 \(2\,\mathrm{m/s}\)。求此时 \(A\) 速度、在 \(C\) 上最大高度及最终 \(C\) 速度。
学习定位
动量与冲量
题族：多阶段动量能量综合
训练能力：系统与正方向选择、冲量动量关系
前置知识：牛顿第二定律、机械能与功
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参考答案
分步解析
1. 条件提取
先规定正方向并选择研究对象或系统，区分外力冲量与系统内力。
2. 建模与计算
第一阶段对 \(A+B\) 用动量守恒；进入圆弧后 \(B\) 脱离，改选 \(A+C\) 系统。系统边界变化是本题核心，每一阶段分别列水平动量和机械能关系。
3. 结论与检查
答案为 **（1）\(v_A=6\,\mathrm{m/s}\)；（2）进入 \(C\) 后由 \(A+C\) 水平动量及机械能守恒，最高点共同速度 \(3\,\mathrm{m/s}\)，得 \(h=0.9\,\mathrm m\)；（3）返回并分离后等质量弹性过程交换速度，\(C\) 最终速度为 \(6\,\mathrm{m/s}\)。**。检查动量的方向、单位以及所选系统在对应方向上是否满足守恒条件。
初学者探索过程
从“多阶段动量能量综合”开始探索
先把“解答第9题：长木板与圆弧组合体”还原成可复用的物理模型。下面两步先要求预测和解释，再展开检验。
每个阶段先暂停并写下自己的判断，再对照后面的检查与修正。
1. 先排除本题最容易出现的误判
先回答：暂不代入数据。阅读“解答第9题：长木板与圆弧组合体”后，判断为什么“只比较速度大小而忽略动量方向，或未检查外力冲量便直接套用动量守恒”会导致错误，再写出研究对象、过程边界和首先要确定的“系统与正方向选择、冲量动量关系”。
我先想到：最值得警惕的不是算错，而是：只比较速度大小而忽略动量方向，或未检查外力冲量便直接套用动量守恒。
检查这个想法：先执行：先选研究对象或系统、规定正方向，再按方向检查外力冲量与初末动量。再检查题设中的方向、接触、阶段或临界条件是否已经进入模型。
修正之后：本题解析中的关键关系为：
\[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]
先建立关系，再决定哪些数值需要代入。
留下的方法：本题族的母题动作是“先选研究对象或系统、规定正方向，再按方向检查外力冲量与初末动量”；看到新情境时应复用这个动作，而不是复用答案。
2. 观察会使“系统与正方向选择”发生转折的条件
先回答：改变动画中的一个关键参数，指出哪个时刻、方向、图像趋势或临界条件最先发生变化；再说明“动量关系始终取决于所选系统、方向与过程边界；内力只能交换系统内部各部分的动量”为什么仍成立。
我先想到：若只比较动画外观，我可能忽略“冲量动量关系”已经改变。
检查这个想法：把变化前后都放回关系：
\[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]
逐项区分模型不变量与由参数决定的结果。
修正之后：真正保持的是：动量关系始终取决于所选系统、方向与过程边界；内力只能交换系统内部各部分的动量。数值结论需要在新条件下重新计算并检查边界。
留下的方法：与同题族其他题相比，本题真正需要追踪的是“系统与正方向选择、冲量动量关系”如何受条件变化控制。
现实同构案例
碰撞缓冲、火箭推进与流体冲击：现实中的“多阶段动量能量综合”
现实场景
安全气囊通过延长碰撞时间降低平均冲击力，推进器和射流装置则依靠持续喷出质量形成反向推力。
题目与现实如何对应
题目中的碰撞时间、速度变化和连续流分别对应现实中的缓冲过程、动量交换与单位时间质量输运。 当前题目“解答第9题：长木板与圆弧组合体”训练的“系统与正方向选择、冲量动量关系”正是完成这种映射时需要识别的量。
不变的物理模型
本题可使用关系：
\[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]
更一般的模型关系是：
\[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]
动量关系始终取决于所选系统、方向与过程边界；内力只能交换系统内部各部分的动量，因而动画与现实案例共享同一控制结构。
现实中还要补上的因素
- 真实碰撞会伴随形变、声和热损耗。
- 连续流速度与密度可能随截面和时间变化。
带回原题想一想
把“解答第9题：长木板与圆弧组合体”改写成上述现实场景后，应测量哪三个物理量，怎样用同一主关系判断结果是否满足安全或运行边界？
查看参考答案与评分要点
参考答案
先测量题目所对应的状态量、控制参数和边界量，再按“先选研究对象或系统、规定正方向，再按方向检查外力冲量与初末动量”建立模型。可先使用：
\[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]
把测量值代入后，还必须检查方向、接触、阶段或临界条件；只有主方程和边界条件同时满足，现实结论才成立。
评分要点
- 指出现实对象与题目研究对象、过程边界的对应关系。
- 写出或说明关系 \[\vec I_{\mathrm{ext}}=\Delta\vec p,\qquad \vec I_{\mathrm{ext}}=0\Rightarrow\sum\vec p_{\mathrm i}=\sum\vec p_{\mathrm f}\]，并解释关键变量。
- 说明至少一个现实修正因素，并完成安全或临界条件检查。
变式练习
进阶近似题：板块—轨道分段系统
物块依次经过粗糙板、可动光滑曲轨和固定斜面。要求列出每次系统边界切换时的守恒量，并求最终速度。
变式答案
粗糙板阶段用动量守恒与摩擦耗散；可动曲轨阶段用水平动量和机械能；固定斜面阶段用机械能或动能定理。
思路提示
每进入一个新接触阶段先重画系统边界，再判断外力冲量和非保守功。