Question

光滑水平面上放着质量m_A=lkg的物块A与质量m_B=2kg的物块B，A与B均可视为质点，A靠在竖直墙壁上，A、B间夹一个被压缩的轻弹簧（弹簧与A、B均不拴接），用手挡住B不动，此时弹簧弹性势能E_P=49J．在A、B间系一轻质细绳，细绳长度大于弹簧的自然长度，如图所示．放手后B向右运动，绳在短暂时间内被拉断，之后B冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道，其半径R=0.5m，B恰能到达最高点C．取g=l0m/s²，求
（1）绳拉断后B的速度V_B的大小；
（2）绳拉断过程绳对B的冲量I的大小；
（3）绳拉断过程绳对A所做的功W．

Answer

（1）对于恰能到达圆轨道的最高点，找出临界条件，列出相应的等式．
（2）清楚B的运动过程，选择某一过程应用动能定理研究，解出某一状态的速度．
（3）在B向右运动的过程中，弹簧的弹性势能转化给B的动能，根据动量定理求出冲量．
（4）应用动量守恒定律和动能定理求解绳拉断的过程中所做的功．
【解析】
（1）设B在绳被拉断后瞬时的速率为vB，到达C点的速率为vC，
根据B恰能到达最高点C有：
F向=mBg=mB -----①
对绳断后到B运动到最高点C这一过程应用动能定理：
-2mBgR=mBvc2-mBvB2---------②
由①②解得：vB=5m/s．
（2）设弹簧恢复到自然长度时B的速率为v1，取向右为正方向，
弹簧的弹性势能转化给B的动能，Ep=mBv12------③
    根据动量定理有：I=mBvB-mBv1 -----------------④
   由③④解得：I=-4 N•s，其大小为4N•s
（3）设绳断后A的速率为vA，取向右为正方向，
  根据动量守恒定律有：mBv1=mBvB+mAvA-----⑤
 根据动能定理有：W=mAvA2------⑥
由⑤⑥解得：W=8J
答：（1）绳拉断后B的速度VB的大小是5m/s；
（2）绳拉断过程绳对B的冲量I的大小是4N•s；
（3）绳拉断过程绳对A所做的功W是8J．