问题 问答题

一玩具“火箭”由质量为mlm2的两部分和压在中间的一根短而硬(即劲度系数很大)的轻质弹簧组成.起初,弹簧被压紧后锁定,具有的弹性势能为E0,通过遥控器可在瞬间对弹簧解除锁定,使弹簧迅速恢复原长。现使该“火箭”位于一个深水池面的上方(可认为贴近水面),释放同时解除锁定。于是,“火箭”的上部分竖直升空,下部分竖直钻入水中。设火箭本身的长度与它所能上升的高度及钻入水中的深度相比,可以忽略,但体积不可忽略。试求.

小题1:“火箭”上部分所能达到的最大高度(相对于水面)                         小题2:若上部分到达最高点时,下部分刚好触及水池底部,那么,此过程中,“火箭”下部分克服水的浮力做了多少功?(不计水的粘滞阻力)                        

答案

小题1: H1=v12/2g=m2E0/m1g(m1+m2)   x

小题2:WF=E0                          

小题1:“火箭”整体(含弹簧)在弹簧解除锁定的瞬间,弹簧弹力远大于箭体重力,故动量守恒:m1v1-m2v2="0             "                                                                 

同时机械能守恒:(m1v12)/2+(m2v22)/2=E0                  

v1=[2m2E0/m1(m1+m2)]                                            

v2=[2m1E0/m2(m1+m2)]                                                 

∴“火箭”上部分所能达到的最大高度为:

H1=v12/2g=m2E0/m1g(m1+m2)      x                                 

小题2:“火箭”上升的时间为:t=v1/g                                 

水池深度为:H2=v2t/2                                                     

“火箭”下部分克服水的浮力共做功:

WF=m2gH2+m2v22/2                                                            

以上各式联立可得:WF=E0                                                                                                                        

实验题
多项选择题