问题 问答题

如图所示,质量为m1=1kg的小物块P置于桌面上的A点并与弹簧的右端接触(不拴接),轻弹簧左端固定,且处于原长状态.质量M=3.5kg、长L=1.2m的小车静置于光滑水平面上,其上表面与水平桌面相平,且紧靠桌子右端.小车左端放有一质量m2=0.5kg的小滑块Q.现用水平向左的推力将P缓慢推至B点(弹簧仍在弹性限度内)时,撤去推力,此后P沿桌面滑到桌子边缘C时速度为2m/s,并与小车左端的滑块Q相碰,最后Q停在小车的右端,物块P停在小车上距左端0.5m处.已知AB间距离L1=5cm,AC间距离L2=90cm,P与桌面间动摩擦因数μ1=0.4,P、Q与小车表面间的动摩擦因数μ2=0.1,(g取10m/s2),求:

(1)弹簧的最大弹性势能;

(2)小车最后的速度v;

(3)滑块Q与车相对静止时Q到桌边的距离.

答案

(1)设弹簧的最大弹性势能为Epm

根据能量守恒得   μ1m1g(sBA+sAC)=Epm-

1
2
m1
v2c

得   Epm=5.8J                                      

(2)设物块P与滑块Q碰后最终与小车保持相对静止,其共同速度为v

由动量守恒  m1vc=(m1+m2+M)v    ②

v=0.4m/s                  

(3)设物块P与滑块Q碰后速度分别为v1和v2,P与Q在小车上滑行距离分别为S1和S2

P与Q碰撞前后动量守恒  m1vc=m1 v1+m2 v2

由动能定理 μ2m1gS12m2gS2=

1
2
m1
v21
+
1
2
m2
v22
-
1
2
(m1+m2+M)v2

由③④式联立得  v1=1m/s                                         

v2=2m/s                                        

方程的另一组当 v2′=

2
3
m/s时,v1′=
5
3
m/s
,v1′>v2′不合题意舍去.

设滑块Q与小车相对静止时到桌边的距离为S,Q 在小车上运动的加速度为a

由牛顿第二定律-μ2m2g=ma

a=-1m/s2                                      

由匀变速运动规律  S=

v22
-v2
2a

S=1.92m      

答:(1)弹簧的最大弹性势能是5.8J;

(2)小车最后的速度v是0.4m/s;

(3)滑块Q与车相对静止时Q到桌边的距离是1.92m.

单项选择题
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