问题 问答题

如图所示,置于光滑水平面上的A、B、C是三个质量均为m=2.0kg的相同物块.A、B与一轻弹簧固定连接,用一轻绳把A、B拉近后梆紧,使弹簧处于缩短状态,两物块保持静止.物块C以大小为v0=6.0m/s的初速向右运动,当C与B发生碰撞时二者立刻靠在一起运动但不粘连.C与B发生碰撞后弹簧长度又再缩短、然后才逐渐恢复,并在这个过程将轻绳剪断,当弹簧伸长至自身的自然长度时,C的速度恰好为零.设C与B碰撞时的撞击力比弹簧的弹力大得多,弹簧的形变都在弹性范围内,求:

(1)弹簧初始状态时的弹性势能.

(2)在碰撞后的运动过程中,物块B的速度最大值.

答案

(1)C与B碰撞过程,由动量守恒定律得

  mv0=2mv1                           ①

代入数据解得C、B碰后的共同速度

  v1=3.0m/s                             ②

轻绳断开到弹簧伸长至自身的自然长度这一过程,由动量守恒定律得

  2mv1=0+mvA                        ③

代入数据解得此时A的速度

  vA=6.0m/s                             ④

由机械能守恒定律得

1
2
?2mv12+Ep=0+
1
2
m
v2A
               ⑤

代入数据解得弹簧初始状态时的弹性势能

Ep=18J                                ⑥

(2)以后,C与B分离,B在弹簧作用下向右加速运动,当弹簧长度第二次恢复自然长度时,物块B的速度达到最大值.

设弹簧长度第二次恢复自然长度时,A和B的速度各为v′A、v′B,在这一过程中,对A和B组成的系统,由动量守恒定律得

mvA=mv′A+mv′B                      ⑦

由机械能守恒定律得

1
2
m
v2A
=
1
2
mv
2A
+
1
2
mv
2B
                 ⑧

代入数据解得

v′A=0,v′B=6.0m/s                      ⑨

因此B的最大速度为6.0m/s

答:

(1)弹簧初始状态时的弹性势能为18J.

(2)在碰撞后的运动过程中,物块B的速度最大值为6.0m/s.

解答题
单项选择题