如图所示,A、B两个矩形木块用轻弹簧相接静止在水平地面上,弹簧的劲度系数为k,木块A和木块B的质量均为m.
(1)若用力将木块A缓慢地竖直向上提起,木块A向上提起多大高度时,木块B将离开水平地面.
(2)若弹簧的劲度系数k是未知的,将一物体C从A的正上方某位置处无初速释放,C与A相碰后立即粘在一起(不再分离)向下运动,它们到达最低点后又向上运动.已知C的质量为m时,把它从距A高为H处释放,则最终能使B刚好离开地面.若C的质量为
,要使B始终不离开地面,则释放时,C距A的高度h不能超过多少?m 2
(1)开始时,木块A处于平衡,则kx1=mg(弹簧压缩)
木块B刚好离开地面时,有kx2=mg(弹簧伸长)
故木块A向上提起的高度为x1+x2=
,2mg k
(2)物块C的质量为m时,它自由下落H高度时的速度 v1=
①2gH
设C与A碰撞后的共同速度为v2,根据动量守恒定律,有mv1=mv2,
则v2=
②v1 2
以后A、C继续压缩弹簧,后又向上弹起,最终能使木块B刚好离开地面.
此过程中,A、C上升的高度为x1+x2=
,2mg k
由于最初弹簧的压缩量x1与最后的伸长量x2相等,所以,弹簧势能相等,根据机械能守恒定律,有
×2mv22=2mg(x1+x2) ③1 2
物块C的质量为
时,设在距A高h处自由下落后刚好能使木块B离开地面.m 2
则C下落h高度时的速度v1′=
④2gh
设C与A碰撞后的共同速度为v2′.
则有
mv1′=(m+1 2
m)v2′1 2
解得v2′=
v1′⑤1 3
A、C碰后上升高度(x1+x2)时,木块B刚好离开地面,此过程中,由机械能守恒定律有
(m+1 2
m)v2′2=(m+1 2
m)g(x1+x2) ⑥1 2
由以上各式消去(x1+x2),
解得 h=
H.9 4
答:(1)若用力将木块A缓慢地竖直向上提起,木块A向上提起多大高度为
;2mg k
(2)C开始下降的最大的高度为
H.9 4