问题 问答题

如图所示,滑块A、B的质量分别为m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧.两滑块一起以恒定的速率v0向右滑动.突然轻绳断开.当弹簧伸至本身的自然长度时,滑块A的速度正好为0.求:

(1)绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep;

(2)在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度为0的时刻?试定量分析证明.

答案

(1)当弹簧处压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和,当弹簧伸长到自然长度时,弹性势能为0,因这时滑块A的速度为0,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v,则有E=

1
2
m2v2

因系统所受外力为0,由动量守恒定律(m1+m2)v0=m2 v,解得E=

(m1+m2)2
v20
2m2

由于只有弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒

1
2
(m1+m2)v02+EP=E,解得EP=
m1(m1+m2)
v20
2m2

(2)假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻,并设此时A的速度为v1

弹簧的弹性势能为Ep′,由机械能守恒定律得

1
2
m1v12+EP′=
(m1+m2)
v20
2m2

根据动量守恒得(m1+m2) v0=m1 v1

求出v1代入上式得:

(m1+m2)
v20
2m1
+EP′=
(m1+m2)
v20
2m2

因为Ep′≥0,故得:

(m1+m2)
v20
2m1
(m1+m2)
v20
2m2

即m1≥m2,这与已知条件中m1<m2不符.可见在以后的运动中不可能出现滑块B的速度为0的情况.

答:(1)绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能得EP=

m1(m1+m2)
v20
2m2

(2)在以后的运动中不可能出现滑块B的速度为0的情况.

单项选择题
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