(1)设弹簧劲度系数为k,物块A、B用轻弹簧相连接,竖直放置时,弹簧被压缩,A处于平衡状态,此时弹簧压缩量 x
0=mg/k
缓慢提起A到B将要离开水平地面时弹簧伸长x
1,此时物块B所受重力和弹力平衡,所以弹簧伸长量 x
1="mg/k=" x
0 物块A向上提起的高度 L= x
0+ x
1=2x
0 (2)设C自由落下到与A相碰前的速度为v
1,由机械能守恒定律有
mg·3x
0=
mv
12设C与A相碰后一起向下运动的初速度为v
2,根据动量守恒定律有
mv
1=2mv
2 设C与A相碰前弹簧的弹性势能为E
p。 物块A、C运动到最低点后又向上弹起,刚好能回到使弹簧恢复为原长的位置过程中,A、C与弹簧组成的系统机械能守恒,有
2mv
22+E
p=2mgx
0 联立以上各式,解得:E
p=
mgx
0说明:另一解法是直接运用弹性势能公式: mg=kx
0,k=mg/x
0,则E
p=
kx
0=
mgx
0这种解法同样得4分。
(3)设物块C释放位置到物块A的高度差为h
0,与物块A碰撞前速度为v
3,由机械能守恒定律有:
设C与A相碰后一起向下运动的初速度为v
4,根据动量守恒定律有
mv
3=2mv
4物块A、C一起向下压缩弹簧后向上弹起,到达弹簧原长时C与A分离,设分离时的速度为v
5,对此过程由机械能守恒定律有
2mv
42+E
p=2mgx
0+
2mv
52之后,物块C向上做匀减速运动,设上升的高度为h,则根据机械能守恒定律有
mv
52=mgh, 解得
因物块A刚好能在物块B不离开地面的情况下做简谐运动,结合第(1)问可知,物块A运动到最高点时,弹簧形变量为x
0。所以物块A运动到最高点时弹簧的弹性势能与物块A处于静止状态时弹簧的弹性势能相等。
所以对物块A从弹簧恢复原长位置运动到最高点过程中,由机械能守恒定律有
mv
52=mgx
0+E
p联立以上各式,解得:h
0=9x
0,h=1.5x
0。
由几何关系可知,物块C的释放位置与接收位置间的距离
Δh=h
0-x
0-h=6.5x
0