问题 问答题

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?

答案

(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=

1
2
mBvB2+
1
2
mAvA2   

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=

1
2
mvB2    

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=

1
2
mAvA2-
1
2
mAvA2  

B能从Q端滑出一定有  

1
2
mBvB2≥μmgL   

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.

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