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
◎ 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=
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=
(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:
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=
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=3mv4,v4=
当弹簧伸到最长时,其势能最大,设此势能为
由能量守恒定律得:
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