问题 问答题

(20分)

(1)如图,在水平地面上固定一个内侧长为L、质量为M的薄壁箱子。光滑的物块B的质量为m,长为,其左端有一光滑小槽,槽内装有轻质弹簧。开始时,使B紧贴A1壁,弹簧处于压缩状态,其弹性势能为Ep。现突然释放弹簧,滑块B被弹开。假设弹簧的压缩量较小,恢复形变所用的时间可以忽略。求滑块B到达A2壁所用的时间。

(2)a.现将箱子置于光滑的水平地面上而不固定,仍使B紧贴A1壁,弹簧处于压缩状态,其弹性势能为Ep,整个系统处于静止状态。现突然释放弹簧,滑块B离开A1壁后,弹簧脱落并被迅速拿出箱子。求此时滑块B的速度v与箱子的速度V。

b.假设滑块B与A1壁和A2壁的碰撞过程中无机械能损失。试定量描述滑块B相对于地面运动的速度变化情况,并计算两次碰撞之间的时间间隔。

答案

(1)

(2)a

b

(1)当箱子固定时,弹簧的弹性势能释放转化为滑块B的动能,设滑块速度v0

                                                                  ①

滑块B到达A2壁所用的时间              ② (4分)

(2)a. 箱子置于光滑的水平地面上,弹簧释放后,箱子与滑块B的速度分别设为V和v,以向右为正方向

                                                             ③

                                                 ④

解得:                                                                ⑤

                                                   ⑥

另解:       舍弃              (6分)

b.当滑块B与A2发生第一次碰撞后,箱子的速度变为V1,滑块B的速度变为v1

                                          ⑦

                        ⑧

解得:                                                             ⑨

                                                    ⑩

另解:       舍弃

由结果可以知道,滑块B与A2碰撞后,滑块B与箱子速度的大小不变,只改变方向。

同理,当滑块B再与A1碰撞后,各自的速度大小不变,只改变方向。

滑块B相对于地面以大小不变为的速度做往返的运动。

滑块B两次碰撞之间的时间间隔

                      11  (10分)

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