问题 问答题

一轻质弹簧,两端连接两滑块A和B,已知mA=0.99kg,mB=3kg,放在光滑水平桌面上,开始时弹簧处于原长.现滑块A被水平飞来的质量为mC=10g,速度为400m/s的子弹击中,且没有穿出,如图所示,试求:

(1)子弹击中A的瞬间A和B的速度

(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能

(3)B可获得的最大动能.

答案

(1)子弹击中滑块A的过程,子弹与滑块A组成的系统动量守恒有:

mCv0=(mC+mA)vA

  vA=

mCv0
mC+mA
v0=4m/s

子弹与A作用过程时间极短,B没有参与,速度仍为零,故:vb=0.

故子弹击中A的瞬间A和B的速度分别为:vA=4m/s,vb=0.

(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹性势能最大.

根据动量守恒定律和功能关系可得:

mCv0=(mC+mA+mB)v

由此解得:v=

mC
mC+mA+mB
v0=1m/s

根据功能关系可得:

EP=

1
2
(mC+mA)vA2-
1
2
(mC+mA+mB)v2=6 J  

故弹簧的最大弹性势能为6J.

(3)设B动能最大时的速度为vB′,A的速度为vA′,则

(mC+mA)vA=(mC+mA)vA′+mBvB

当弹簧恢复原长时,B的动能最大,根据功能关系有:

1
2
(mC+mA)
v2A
=
1
2
(mC+mA)
v′A
2
+
1
2
mB
v′B
2

解得:

v′B
=
2(mC+mA
(mC+mA)+mB
=2m/s

B获得的最大动能:

EKB=

1
2
mB 
v′B
2
=6J.

故B可获得的最大动能为:EKB=6J.

单项选择题
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