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水平固定的两个足够长的平行光滑杆MN、PQ,两者之间的间距为L,两光滑杆上分别穿...

水平固定的两个足够长的平行光滑杆MN、PQ,两者之间的间距为L,两光滑杆上分别穿有一个质量分别为MA=0.1kg和MB=0.2kg的小球A、B,两小球之间用一根自然长度也为L的轻质橡皮绳相连接,开始时两小球处于静止状态,如图1所示.现给小球A一沿杆向右的水平速度v=6m/s,以向右为速度正方向,以小球A获得速度开始计时得到A球的v-t图象如图2所示.(以后的运动中橡皮绳的伸长均不超过其弹性限度.)manfen5.com 满分网
(1)在图2中画出一个周期内B球的v-t图象(不需要推导过程);
(2)若在A球的左侧较远处还有另一质量为MC=0.1kg粘性小球C,当它遇到小球A,即能与之结合在一起.某一时刻开始C球以4m/s的速度向右匀速运动,在A的速度为向右大小为2m/s时,C遇到小球A,则此后橡皮绳的最大弹性势能为多少?
(3)C球仍以4m/s的速度向右匀速运动,试定量分析在C与A相遇的各种可能情况下橡皮绳的最大弹性势能.
(1)AB运动过程中动量守恒,根据动量守恒定律求出B球的几个速度值,描点连成光滑曲线即可; (2)根据动量守恒定律求出AC共同速度,再求出碰撞损失的机械能,当三球速度相同时橡皮绳子弹性势能最大,根据能量关系求出橡皮绳的最大弹性势能; (3)当A球在运动过程中速度为4m/s与C球同向时,C球与之相碰时系统损失能量最小(为0),橡皮绳具有的最大弹性势能,当A球在运动过程中速度为2m/s与C球反向时(此时B的速度为,C球与之相碰时系统损失能量最大,橡皮绳具有的最大弹性势能,根据能量关系求解此最大弹性势能,最后求出范围. 【解析】 (1)AB运动过程中动量守恒,根据动量守恒定律得: MAv=MAvA+MBvB 当vA=6m/s时vB=0 当vA=2m/s时vB=2m/s 当vA=-2m/s时vB=4m/s 所以一个周期内B球的v-t图象如图所示: (2)AC碰撞,动量守恒:MAvA+MCvC=(MA+MC)vAC 解得:vAC=3m/s 碰撞损失的机械能为:△EK=MAvA2+MCvC2-(MA+MC)vAC2=0.1J 当三球速度相同时橡皮绳子弹性势能最大,MAv+MCvC=(MA+MB+MC)v共  解得:v共=2.5m/s                所以 EPmax=MAv2+MCvC2-=(MA+MB+MC)v共2-△EK 解得:EPmax=1.25J                (3)①:当A球在运动过程中速度为4m/s与C球同向时,C球与之相碰时系统损失能量最小(为0),橡皮绳具有的最大弹性势能为EPmax1 EPmax1=MAv2+MCvC2-(MA+MB+MC)v共2=1.35J ②:当A球在运动过程中速度为2m/s与C球反向时(此时B的速度为,C球与之相碰时系统损失能量最大,橡皮绳具有的最大弹性势能为EPmax2, MCvC-MAvA=(MA+MC)v′AC     解得v′AC=1m/s EPmax2=(MA+MC)v′AC2+MBvB2-(MA+MB+MC)v共2=0.45J 由上可得:橡皮绳具有的最大弹性势能的可能值在0.45J-1.35J的范围内. 答:(1)如图所示;(2)此后橡皮绳的最大弹性势能为1.25J;(3)橡皮绳具有的最大弹性势能的可能值在0.45J-1.35J的范围内.
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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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