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

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 功能关系/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

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.
魔方格

◎ 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=1
m/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
=
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2(mC+mA
(mC+mA)+mB
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