问题 问答题

两块质量都是m的木块A和B在光滑水平面上均以速度

v0
2
向左匀速运动,中间用一根劲度系数为k的轻弹簧连接着,如图所示.现从水平方向迎面射来一颗子弹,质量为
m
4
,速度为v0,子弹射入木块A并留在其中.求:

(1)在子弹击中木块后的瞬间木块A、B的速度vA和vB的大小;

(2)在子弹击中木块后的运动过程中弹簧的最大弹性势能.

答案

(1)在子弹打入木块A的瞬间,由于相互作用时间极短,

弹簧来不及发生形变,A、B都不受弹力的作用,故vB=

1
2
v0

由于此时A不受弹力,木块A和子弹构成的系统在这极短过程中不受外力作用,系统动量守恒,

以子弹与A组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,:

由动量守恒定律得:

1
4
mv0-m•
v0
2
=(
1
4
m+m)vA,解得:vA=-
1
5
v0,负号表示方向向左;

(2)由于木块A、木块B运动方向相同且vA<vB,故弹簧开始被压缩,

分别给A、B木块施以弹力,使得木块A加速、B变减速运动,弹簧不断被压缩,

弹性势能增大,直到二者速度相等时弹簧弹性势能最大,

在弹簧压缩过程木块A(包括子弹)、B与弹簧构成的系统动量守恒,机械能守恒.

设弹簧压缩量最大时共同速度为v,弹簧的最大弹性势能为Epm

以A、B与弹簧组成的系统为研究对象,以向左为正方向,

由动量守恒定律得:

5
4
mvA+mvB=(
5
4
m+m)v,

1
2
5
4
mvA2+
1
2
mvB2=
1
2
5
4
m+m)v2+Epm

解得:v=

1
3
v0,Epm=
1
40
mv02

答:(1)在子弹击中木块后的瞬间木块A、B的速度分别为

1
5
v0
1
2
v0

(2)在子弹击中木块后的运动过程中弹簧的最大弹性势能为

1
40
mv02

单项选择题
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