Question

如图所示，固定在水平桌面上的倾角为α=30°的光滑斜面足够长，其底端有一垂直于斜面的挡板，质量均为m的A、B两球用轻弹簧连接放在斜面上并处于静止状态，弹簧的劲度系数为k．现在将质量为3m的小球C从距离B球为s=16mg/k的地方由静止释放，C球与B球碰撞时间极短，碰撞后两球粘在一起．已知重力加速度为g，求：
（1）碰撞刚结束时B、C两球的共同速度；
（2）当A球刚离开挡板时，B球与它最初的位置距离多远；
（3）当A球刚离开挡板时，B、C两球的共同速度．

Answer

（1）C下滑时机械能守恒，碰撞过程中，B、C的动量守恒，由动量守恒定律可以求出碰后它们的共同速度．
（2）当挡板对A的弹力恰好为零时，A开始离开挡板，由平衡条件及胡克定律可以求出当A球刚离开挡板时，B球与它最初的位置距离．
（3）当挡板对A的弹力恰好为零时，A开始离开挡板；由能量守恒定律可以求出当A球刚离开挡板时，B、C两球的共同速度．
【解析】
（1）C球下滑过程，根据机械能守恒定律：，
C球和B球碰撞的过程，由动量守恒定律有：3mv1=4mv2，
解得：；
（2）最初，B球静止在斜面上，此时弹簧被压缩mBgsinα=k△x1，
A球刚离开挡板时，A球不受挡板作用，弹簧被拉伸mAgsinα=k△x2，
当A球离开挡板时，B球与它最初的位置相距：．
（3）C球与B球碰撞后到A刚离开挡板时，由于△x1=△x2，
初末状态的弹性势能相等，对BC两球和弹簧运用机械能守恒定律有：
，
【解析】
．
答：（1）碰撞刚结束时B、C两球的共同速度为3g；
（2）当A球刚离开挡板时，B球与它最初的位置距离为；
（3）当A球刚离开挡板时，B、C两球的共同速度为2g．