如图所示,粗糙斜面与光滑水平地面通过光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角θ=37°,滑块A、C、D的质量均为m=1kg,滑块B的质量为mB=4kg,各滑块均可视为质点.A、B间夹着微量火药.K为处于原长的轻质弹簧,两端分别栓接滑块B和C.火药爆炸后,A与D相碰并粘在一起,沿斜面前进L=0.8m 时速度减为零,接着使其保持静止.已知滑块A、D与斜面间的动摩擦因数均为 μ=0.5,运动过程中弹簧始终处于弹性限度内,取 g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)火药爆炸后A的最大速度vA;
(2)滑块B、C和弹簧K构成的系统在相互作用过程中,弹簧的最大弹性势能Ep;
(3)滑块C运动的最大速度vC.
(1)设A和D碰后的速度为v1,AD滑上斜面,由动能定理得,
-(mA+mD)gsinθ•L-μ(mA+mD)gcosθ•L=0-
(mA+mB)v121 2
解得v1=4m/s.
火药爆炸后,A的速度最大为vA,由动量守恒动量有:
mAvA=(mA+mB)v1
解得vA=8m/s
(2)火药爆炸过程,对A和B系统,由动量守恒定律,设B获得的速度为vB,
-mAvA+mBvB=0
解得vB=2m/s.
当B与C共速为v′时,弹簧的弹性势能最大,由B、C系统动量守恒,
mBvB=(mB+mC)v′
解得v′=1.6m/s
则弹簧的最大弹性势能为:Ep=
mBvB2-1 2
(mB+mC)v′21 2
解得Ep=1.6J.
(3)当弹簧为原长时,滑块C的速度为vc,此时速度最大.则:
mBvB=mBvB′+mCvC
mBvB2=1 2
mBvB′2+1 2
mCvC 21 2
解得vc=3.2m/s.
答:(1)火药爆炸后A的最大速度为8m/s.
(2)滑块B、C和弹簧K构成的系统在相互作用过程中,弹簧的最大弹性势能为1.6J.
(3)滑块C运动的最大速度为3.2m/s.