问题 问答题

如图所示,内壁光滑的木槽质量为mA=m,内直径为2L,置于水平桌面上,槽与桌面间的动摩擦因数为μ.槽内有两个小球B、C,它们的质量分别是mB=m,mC=2m.现用两球将很短的轻弹簧压紧(球与弹簧不连接),且B球到木槽左端、C球到木槽右端的距离均为L,这时弹簧的弹性势能为EP=μmgL.同时释放B、C球,并假设小球与槽碰撞后不分离,碰撞时间不计.求:

(1)第1个小球与槽碰撞后的共同速度?

(2)第2个小球与槽碰撞后的共同速度?

(3)整个运动过程中,桌面与槽摩擦产生的热量?

答案

(1)释放瞬间:mBvB=mCvC       

EP=

1
2
mBvB2+
1
2
mCvC2

解得:vB=

4
3
μgL

vC=

1
3
μgL

物体B经时间t1=

L
vB
=
3L
4μg
先与木槽A相撞    

有:mBvB=(mA+mB)v1共

解得:v1共=

μgL
3

小球与槽碰撞后的共同速度为

μgL
3

(2)木槽A与B球相撞后,一起向左匀减速运动,加速度a=

μ(mA+mB+mC)g
mA+mB
=2μg

木槽A和球B相撞后速度减为0的时间t2=

v1共
a
=
L
12μg

在(t1+t2)这段时间内,物体C和槽移动的距离之和为:s=vC(t1+t2)+

1
2
v1共t2=
3
4
L<L所以在C 与A相撞前A已停止运动

再经过一段时间,球C和木槽相撞,有:mCvC=(mA+mB+mC)v2共

解得v2共=

μgL
12
,方向水平向左.

小球与槽碰撞后的共同速度为

μgL
12
,方向水平向左;

(3)第一次相撞后A与B的总动能全都转化为为摩擦热Q1=Ek1=

1
2
(mA+mB)v1共2=
1
3
μmgL

第二次相撞后系统的总动能全都转化为为摩擦热Q2=Ek2=

1
2
(mA+mB+mC)v2共2=
1
6
μmgL

整个过程中桌面和木槽因摩擦而产生的热量为Q=Q1+Q2=

1
2
μmgL

桌面与槽摩擦产生热量为

1
2
μmgL.

选择题
单项选择题 A3型题