如图(甲)所示,小物块m1与m2通过一轻弹簧相连,静止于固定的光滑水平长木板上,物块m1与固定在长木板上的竖直挡板接触.

如图(甲)所示,小物块m1与m2通过一轻弹簧相连,静止于固定的光滑水平长木板上,物块m1与固定在长木板上的竖直挡板接触.现将小物块m3正对物块m1与m2的方向以初速度v0运动,与物块m2发生无机械能损失的碰撞.已知物块m1与m2的质量均为m,物块m3的质量为m/3,弹簧的劲度系数为k,且下述过程中弹簧形变始终在弹性限度内.

(1)试求在碰后过程中物块m3的速度和物块m1的最大速度;
(2)若只将长木板右端抬高,变成倾角为θ的固定斜面,如图(乙)所示,物块m1、m2处于静止状态,现让物块m3从长木板上的A点静止释放,与物块m2相碰后粘合在一起,为使物块m2、m3向上反弹到最大高度时,物块
m1对挡板的压力恰为零,则A点与碰撞前物块m2的距离为多大?整个运动过程中弹簧最多比原来增加多少弹性势能?
sb1987 1年前 已收到1个回答 举报

kill0751 幼苗

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解题思路:(1)物块m3、m2碰撞,碰撞过程中动量守恒和机械能守恒,列出等式,当物块m1的速度最大时,弹簧恢复原长,根据m1、m2和弹簧系统动量守恒列出等式求解
(2)物块m3和物块m2碰撞,动量守恒和机械能守恒,弹簧压缩最大时,整个运动过程中弹簧增加的弹性势能最大,此时物块m2的速度为零,对物块m3和物块m2粘合在一起后与弹簧组成的系统,由功能关系求解.

(1)设碰撞后物块m3的速度为v1,m2的速度为v2
碰撞过程中动量守恒,m3v0=m3v1+m2v2
又发生无机械能损失的碰撞,


1
2m3v20=

1
2m3v23+

1
2m2v22
解得:v1=-[1/2]v0,v2=[1/2]v0
即物块m3的速度大小是[1/2]v0,方向水平向右.
物块m1离开挡板时,物块m2的速度大小是[1/2]v0,方向向右.
当物块m1的速度最大时,弹簧恢复原长,设物块m1的最大速度为vm,此时物块m2的速度为v3
根据m1、m2和弹簧系统动量守恒得
m2
v0
2=m2v3+m1vm


1
2m2(
v0
2)2 =

1
2m2v23+

1
2m1v2m
解得:vm=[1/2]v0
(2)设物块m3和物块m2碰撞前弹簧压缩量为x1,mgsinθ=kx1
设物块m3开始下滑时离物块m2的距离为L,下落到与物块m2碰前的速度为v4
根据机械能守恒得
m3gsinθ L=

1
2m3v24
物块m3和物块m2碰撞,动量守恒,设碰后物块速度为v5
m3v4=(m3+m2)v5
当物块m2向上反弹到最大高度时,物块m1对挡板的压力恰为零,此时弹簧伸长x2=x1
弹簧的弹性势能相等,碰撞后整个系统机械能守恒,
[1/2](m3+m2
v25=(m3+m2)g•2x2sinθ
解得:L=[32mgsinθ/k]
弹簧压缩最大时,整个运动过程中弹簧增加的弹性势能最大,此时物块m2的速度为零,对物块m3和物块m2粘合在一起后与弹簧组成的系统,
设静止时弹簧的压缩量为x3,所以(m3+m2)ginθ=kx3
由运动的对称性可知,物块m3和物块m2整体向下运动的最大距离为s=2x3
设弹簧最多增加的弹性势能为△Epm,对物块m3、m2和弹簧组成的系统,由功能关系得
△Epm=[1/2](m3+m2
v25+(m3+m2)g•s•inθ
解得:△Epm=
56(mgsinθ)2
9k
答:(1)在碰后过程中物块m3的速度和物块m1的最大速度是[1/2]v0
(2)A点与碰撞前物块m2的距离为[32mgsinθ/k],整个运动过程中弹簧最多比原来增加
56(mgsinθ)2
9k弹性势能.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题主要考查了动量守恒定律及能量守恒定律的应用,能够知道当弹簧压缩最大时,其势能最大.

1年前

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