如图甲所示,长为0.51m的木板A的质量为1kg,板上右端有物块B,质量为3kg,它们一起在光滑水平面上向左匀速运动;速度v0=2.0m/s.木板与等高的竖直固定挡板C发生碰撞,时间极

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图甲所示,长为0.51m的木板A的质量为1kg,板上右端有物块B,质量为3kg,它们一起在光滑水平面上向左匀速运动;速度v0=2.0m/s.木板与等高的竖直固定挡板C发生碰撞,时间极短,没有机械能的损失,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2,求:
(1)第一次碰撞后,A、B共同运动的速度大小和方向;
(2)第二次碰撞后,A与C之间的最大距离;
(3)A与固定挡板C碰撞几次,B可以脱离A板;
(4)在图乙的坐标中画出从A与C第一次碰撞至A与C第二次碰撞后A、B达到共同速度为止这段时间内的物块A和B的速度时间图象.

魔方格

◎ 答案

(1)由于A与C碰撞没有机械能损失,A碰后原速率弹回,
以AB整体为研究对象,从A与C碰后到有共同速度,系统的动量守恒,
选向左为正方向,有-mAv0+mBv0=(mA+mB)v1
得v1=1.0m/s(方向向左)                     
用t1这一过程所需时间,研究物块B,由-μgt1=v1-v0,得
t1=
v0-v1
μg
=0.2s

(2)以物块A为研究对象,A与C碰后,至对地面速度为零,受力为f,位移为sm,即为最大位移.
f=μmBg
-fsm=0-
1
2
mA
v21

得Sm=0.03m         
(3)第一次A与C碰后至A、B有共同速度v1,B在A上相对于A滑行L1,由能量守恒有
-fL1=(mA+mB)(
v21
-
v20
2
)

得L1=0.4m
这时物块A距C的距离s1=
.
v
?t1=
v0-v1
2
?t1=0.1m

因此从A、B有共同速度v1后到再与C相碰所需时间t2=
s1
v1
=0.1s

第二次A与C碰后至A、B有共同速度v2,B在A上相对于A滑行L2
由动量守恒和能量守恒有
-mAv1+mBv1=(mA+mB)v2
-fL2=(mA+mB)(
v22
-
v21
2
)

得v2=0.5m/s,L2=0.1m
以物块B作研究对象求此过程所需时间,得-μgt3=v2-v1
代入数据可得t3=0.1s
若第三次A与C碰后至A、B有共同速度v3,B在A上相对于A滑行L3,有-mAv2+mBv2=(mA+mB)v3
-fL3=(mA+mB)(
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