问题 问答题

如图所示,在光滑水平面上有物块A、B,可看作质点的物块C放在B的右端,开始时用手使A、B之间压缩了一根劲度系数较大的轻弹簧,弹簧与物块A、B都不粘连;然后突然放手使A、B各自向左、右弹射出去,在B向右运动过程中,C最终停在B上.已知弹簧被手压缩时的弹性势能E=12J,三物块的质量为mA=2kg,mB=mc=1kg,C与B之间的动摩擦因数μ=0.2,求:

(1)B的长度L至少多长.

(2)若C是在突然放手的同时,以v0=3m/s向左运动,求C相对地面向左运动的最大位移S.(设B足够长的)

答案

(1)由于弹簧与物块A、B不粘连,突然把压缩的轻弹簧放手,使A、B在短时间弹射出去,此时C的速度不改变,仍然为0.设B、C质量均为m,放手后A、B的速度分别为v1、v2

A、B系统的动量守恒 0=mA v1-m v2---(1)

A、B和弹簧组成的系统的机械能守恒 E=

1
2
mAv12+
1
2
m
v22
---(2)

代入数据解得   v2=4m/s                                    

设B、C同速为v3,B、C系统的动量守恒 m v2=2m v3---(3)

得   v3=2m/s                                                

对B、C系统,椐能量转化与守恒定律,摩擦生热Q=△EK

f S=

1
2
m
v22
-
1
2
×2m
v23
---(4)

即μmgL=

1
2
m
v22
-
1
2
×2m
v23

代入数据解得B的最短长度L=2m                                

(2)因为B、C都作加速度大小相同的匀减速运动,C先将速度减到零,以后再向右运动,则C将速度减到零时有向左运动的最大对地位移S.

对C,据动能定理   W=△EK

-μmg S=0-

1
2
mv02---(5)

代入数据解得S=2.25m                                          

答:(1)B的长度L至少为2m.

(2)C相对地面向左运动的最大位移S为2.25m.

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