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如图所示,置于光滑水平面上的A、B、C是三个质量均为m=2.0kg的相同物块.A...

如图所示,置于光滑水平面上的A、B、C是三个质量均为m=2.0kg的相同物块.A、B与一轻弹簧固定连接,用一轻绳把A、B拉近后梆紧,使弹簧处于缩短状态,两物块保持静止.物块C以大小为v=6.0m/s的初速向右运动,当C与B发生碰撞时二者立刻靠在一起运动但不粘连.C与B发生碰撞后弹簧长度又再缩短、然后才逐渐恢复,并在这个过程将轻绳剪断,当弹簧伸长至自身的自然长度时,C的速度恰好为零.设C与B碰撞时的撞击力比弹簧的弹力大得多,弹簧的形变都在弹性范围内,求:
(1)弹簧初始状态时的弹性势能.
(2)在碰撞后的运动过程中,物块B的速度最大值.

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(1)C与B碰撞过程,两物体的动量守恒.由动量守恒定律求出碰后共同速度.轻绳断开到弹簧伸长至自身的自然长度的过程中,C的速度恰好为零,B的速度也为零,根据系统的动量守恒求此时A的速度,由系统的机械能守恒定律求解弹簧初始状态时的弹性势能. (2)弹簧恢复到原长后以后,C与B分离,B在弹簧作用下向右加速运动,当弹簧长度第二次恢复自然长度时,物块B的速度达到最大值.根据A、B、弹簧组成的系统动量守恒和机械 能守恒,列式,可求出B的速度最大值. 【解析】 (1)C与B碰撞过程,由动量守恒定律得   mv=2mv1                           ① 代入数据解得C、B碰后的共同速度   v1=3.0m/s                             ② 轻绳断开到弹簧伸长至自身的自然长度这一过程,由动量守恒定律得   2mv1=0+mvA                        ③ 代入数据解得此时A的速度   vA=6.0m/s                             ④ 由机械能守恒定律得 •2mv12+Ep=0+               ⑤ 代入数据解得弹簧初始状态时的弹性势能 Ep=18J                                ⑥ (2)以后,C与B分离,B在弹簧作用下向右加速运动,当弹簧长度第二次恢复自然长度时,物块B的速度达到最大值. 设弹簧长度第二次恢复自然长度时,A和B的速度各为v′A、v′B,在这一过程中,对A和B组成的系统,由动量守恒定律得 mvA=mv′A+mv′B                      ⑦ 由机械能守恒定律得 =+                 ⑧ 代入数据解得 v′A=0,v′B=6.0m/s                      ⑨ 因此B的最大速度为6.0m/s 答: (1)弹簧初始状态时的弹性势能为18J. (2)在碰撞后的运动过程中,物块B的速度最大值为6.0m/s.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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