如图所示,光滑水平面MN的左端M处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带理想连接.传送带水平部分长L=8m,并以恒定速度v=3m/s沿图示箭头方向移动.质量均为m=1kg、静止于MN上的物块A、B(视为质点)之间压缩一轻弹簧,贮有弹性势能EP=16J.若A、B与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,则解除弹簧压缩,弹开物块A、B后,求:
(1)物块B在传送带上向右滑行的最远距离L1;
(2)物块B返回到水平面MN时的速度vB′;
(3)若物块B返回水平面MN后,与被弹射装置P弹回的物块A在水平面MN上弹性碰撞(碰撞过程无动能损失,碰撞时间极短),使物块B从传送带水平部分的右端Q滑出,则弹射装置P必须给物块A至少做多少功?
(1)解除锁定后弹簧恢复原长时,A、B的速度大小分别为vA、vB,由系统机械能守恒、动量守恒得:
mBvB=mAvA
E=
mBvB2+1 2
mAvA2 1 2
联立解得 vA=vB=4m/s
设B沿传送带向右滑行的最远距离为L1,由功能关系 μmg L1=
mvB2 1 2
解得 L1=4m
(2)因为v=4m/s>3m/s,所以B返回时先加速再随传送带一起运动,B返回到水平面MN时的速度
vB′=3m/s
(3)以A为研究对象,设碰后A、B的速度分别为vA′、vB″,由动能定理
W=
mAvA′2-1 2
mAvA2 1 2
B能从Q端滑出一定有
mBvB″2≥μmgL 1 2
A与B质量相等,完全弹性碰撞后速度互换,则A的速度vA′=vB″
联立解得 W≥8J.
答:(1)物块B在传送带上向右滑行的最远距离为4m;
(2)物块B返回到水平面MN时的速度为3m/s;
(3)弹射装置P必须给物块A至少做8J的功.