问题 问答题

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

m
2
,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?

答案

(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=

2gH
  ①

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=

v1
2
   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

1
2
×2mv22=2mg(x1+x2)  ③

物块C的质量为

m
2
时,设在距A高h处自由下落后刚好能使木块B离开地面.

则C下落h高度时的速度v1′=

2gh
  ④

设C与A碰撞后的共同速度为v2′.

则有

1
2
mv1′=(m+
1
2
m)v2

解得v2′=

1
3
v1′⑤

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

1
2
(m+
1
2
m)v22=(m+
1
2
m)g(x1+x2) ⑥

由以上各式消去(x1+x2),

解得 h=

9
4
H.

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

9
4
H.

综合
单项选择题