两个小球A和B用轻弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态.在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P,右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球,如图所示,C与B发生碰撞并立即结

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

两个小球A和B用轻弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态.在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P,右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球,如图所示,C与B发生碰撞并立即结成一个整体D.在它们继续向左运动过程中,当弹簧长度变到最短时,长度突然被锁定,不再改变.然后,A球与挡板P发生碰撞,碰后A、D都静止不动,A与P接触而不粘连.过一段时间,突然解除锁定(锁定及解除锁定均无机械能损失).已知A、B、C三球的质量均为m.
(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度;
(2)求在A球离开挡板P之后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能.

◎ 答案

(1)设C球与B球粘连成D时,D的速度为v1,由动量守恒定律得:mv0=(m+m)v1
v1=
1
2
v0

当弹簧压缩至最短时,D与A的速度相等,设此速度为v2
由动量守恒定律得:2mv1=3mv2
得A的速度v2=
1
3
v0

(2)设弹簧长度被锁定后,贮存在弹簧中的势能为Ep
由能量守恒得:
1
2
?2m
v21
=
1
2
?3m
v22
+EP

撞击P后,A与D的动能都为零,
解除锁定后,当弹簧刚恢复自然长度时,势能全部转变成D的动能,
设D的速度为v3,则有:EP=
1
2
(2m)?
v23
v3=

3
6
v0

以后弹簧伸长,A球离开档板P,并获得速度,当A、D的速度相等时,弹簧伸至最长.
设此时的速度为v4,由动量守恒定律得:2mv3=3mv4v4=

3
9
v0

当弹簧伸到最长时,其势能最大,设此势能为
E/P

由能量守恒定律得:
1
2
?2m
v23
=
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