问题
计算题
如图所示,一轻质弹簧的一端固定在滑块B上,另一端与滑块C接触但未连接,该整体静止放在离地面高为H的光滑水平桌面上。现有一滑块A从光滑曲面上离桌面h高处由
静止开始下滑下,与滑块B发生碰撞(时间极短)并粘在一起压缩弹簧推动滑块C向前运动,经一段时间,滑块C脱离弹簧继续在水平桌面上匀速运动一段时间后从桌面边缘飞出。已知
求:(1)滑块A与滑块B碰撞结束瞬间的速度;
(2)被压缩弹簧的最大弹性势能;
(3)滑块C落地点与桌面边缘的水平距离。
答案
(1) (2)
(3)
(1)滑块A从光滑曲面上h高处由静止开始滑下的过程中,机械能守恒,设其滑到底面的速度为v1,由机械能守恒定律有
①
解得: ②
滑块A与B碰撞的过程,A、B系统的动量守恒,碰撞结束瞬间具有共同速度设为v2,由动量守恒定律有
③
解得: ④
(2)滑块A、B发生碰撞后与滑块C一起压缩弹簧,压缩的过程机械能定恒,被压缩弹簧的弹性势能最大时,滑块A、B、C速度相等,设为速度v3,由动量定恒定律有:
⑤
⑥
由机械能定恒定律有:
⑦
(3)被压缩弹簧再次恢复自然长度时,滑块C脱离弹簧,设滑块A、B速度为v4,滑块C的速度为v5,分别由动量定恒定律和机械能定恒定律有:
⑨
⑩
解之得:(另一组解舍去)⑾
滑块C从桌面边缘飞出后做平抛运动:
⑿
⒀
解得之:⒁
本题考查碰撞过程中的动量守恒和能量守恒的应用,由动能定理求出小球 A下落到平面的速度,AB两个小球碰撞的过程中C球不参与碰撞,当弹性势能最大时三个小球的速度相同