向俾松
幼苗
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(1)当A球与弹簧接触以后,在弹力作用下减速运动,而B球在弹力作用下加速运动,弹簧势能增加,当A、B速度相同时,弹簧的势能最大.
设A、B的共同速度为v,弹簧的最大势能为E,则A、B系统动量守恒:mv 0 =(m+2m)v①
由机械能守恒:
1
2 m
v 20 =
1
2 (m+2m) v 2 +E …②
联立两式得: E=
1
3 m
v 20 …③
(2)设B球与挡板碰撞前瞬间的速度为v B ,此时A的速度为v A .
系统动量守恒:mv 0 =mv A +2mv B …④
B与挡板碰后,以v B 向左运动,压缩弹簧,当A、B速度相同(设为v 共 )时,弹簧势能最大,为E m ,则:mv A -2mv B =3mv 共 …⑤
1
2 m
v 20 =
1
2 ×3m
v 2共 + E m …⑥
由④⑤两式得: v 共 =
v 0 -4 v B
3 代入⑥式,化简得: E m =
8m
3 [-( v B -
v 0
4 ) 2 +
3
v 20
16 ] …⑦
而当弹簧恢复原长时相碰,v B 有最大值v Bm ,则:
mv 0 =mv A ′+2mv Bm
1
2 mv 0 2 =
1
2 mv A ′ 2 +
1
2 ×2mv Bm 2
联立以上两式得:v Bm =
2
3 v 0 即v B 的取值范围为: 0<
v B ≤
2
3 v 0 …⑧
结合⑦式可得:当v B =
v 0
4 时,E m 有最大值为:
1
2 m
v 20 …⑨
当v B =
2 v 0
3 时,E m 有最小值为:
1
27 m
v 20
答:(1)弹簧的最大弹性势能是 E=
1
3 m
v 20 .
(2)此后弹簧的弹性势能最大值的范围为[
1
27 m
v 20 ,
1
2 m
v 20 ].
1年前
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