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CalcGospel 國際數學圖譜
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M2 2025 June Q2

A Level / Edexcel / M2

IAL 2025 June Paper · Question 2

题目

Problem

2.

In this question you must show all stages of your working. Solutions relying on calculator technology are not acceptable.

[In this question, i\mathbf{i} and j\mathbf{j} are horizontal unit vectors.]

A particle PP of mass 3 kg3\,\mathrm{kg} is moving on a smooth horizontal plane.

At time tt seconds, where 1⩽t⩽41\leqslant t\leqslant4, the position vector, r\mathbf{r} metres, of PP relative to a fixed origin is given by r=4t12i−3tj\mathbf{r}=4t^{\frac12}\mathbf{i}-3t\mathbf{j}.

At the instant when t=4t=4, PP receives an impulse (6i−3j) N s(6\mathbf{i}-3\mathbf{j})\,\mathrm{N\,s}.

Find the speed of PP immediately after the impulse is received.

(7)
题目中文翻译

本题必须展示所有计算步骤。 不接受依赖计算器技术的解法。

[ 本题中,i\mathbf{i}、j\mathbf{j} 为水平方向的单位向量。 ]

质量为 3 kg3\,\mathrm{kg} 的质点 PP 在光滑水平面上运动。

在 tt 秒时,1⩽t⩽41\leqslant t\leqslant4,PP 相对于固定原点的位置向量 r\mathbf{r} 米为 r=4t12i−3tj\mathbf{r}=4t^{\frac12}\mathbf{i}-3t\mathbf{j}。

在 t=4t=4 的瞬间,PP 受到冲量 (6i−3j) N s(6\mathbf{i}-3\mathbf{j})\,\mathrm{N\,s}。

求 PP 受到冲量后瞬间的速率。

(7)

解答

解法一

思路

展开

先微分位置求受冲量前的速度,不能把 t=4t=4 时的位置当速度。再用冲量—动量求末速度,最后手算 3:4:53:4:5 的模长。

答题过程

展开

Before the impulse, differentiating the position vector gives

v−=drdt=2t−1/2i−3j.\mathbf v_- =\frac{\mathrm{d}\mathbf r}{\mathrm{d}t}=2t^{-1/2}\mathbf i-3\mathbf j.

At t=4t=4,

v−=2(12)i−3j=i−3j.\mathbf v_- =2\left(\frac12\right)\mathbf i-3\mathbf j=\mathbf i-3\mathbf j.

Let the velocity just after the impulse be v+\mathbf v_+. By impulse-momentum,

6i−3j=3[v+−(i−3j)].6\mathbf i-3\mathbf j=3\bigl[\mathbf v_+-(\mathbf i-3\mathbf j)\bigr].

Dividing by 3,

v+−(i−3j)=2i−j.\mathbf v_+-(\mathbf i-3\mathbf j)=2\mathbf i-\mathbf j.

Hence

v+=3i−4j.\mathbf v_+=3\mathbf i-4\mathbf j.

The speed is

∣v+∣=32+(−4)2=25,|\mathbf v_+|=\sqrt{3^2+(-4)^2}=\sqrt{25},

so

5 m s−1.\boxed{5\text{ m s}^{-1}}.