如图甲所示,三个物体A、B、C静止放在光滑水平面上,物体A、B用一轻质弹簧连接,并用细线拴连使弹簧处于压缩状态,三个物体的质量分别为mA=0.1kg、mB=0.2kg和mC=0.1kg.现
◎ 题目
如图甲所示,三个物体A、B、C静止放在光滑水平面上,物体A、B用一轻质弹簧连接,并用细线拴连使弹簧处于压缩状态,三个物体的质量分别为mA=0.1kg、mB=0.2kg和mC=0.1kg.现将细线烧断,物体A、B在弹簧弹力作用下做往复运动(运动过程中物体A不会碰到物体C).若此过程中弹簧始终在弹性限度内,并设以向右为正方向,从细线烧断后开始计时,物体A的速度?时间图象如图乙所示.求: (1)从细线烧断到弹簧恢复原长运动的时间; (2)弹簧长度最大时弹簧存储的弹性势能; (3)若弹簧与物体A、B不连接,在某一时刻使物体C以v0的初速度向右运动,它将在弹簧与物体分离后和物体A发生碰撞,所有碰撞都为完全弹性碰撞,试求在以后的运动过程中,物体C与物体A能够发生二次碰撞,物体C初速度v0的取值范围.(弹簧与物体分离后,迅速取走,不影响物体后面的运动) |
◎ 答案
(1)由图乙所示图象可知,在
即t=
(2)由图乙所示图象可知,弹簧恢复原长时, vA=-4m/s,A、B组成的系统动量守恒, 从烧断细线到弹簧恢复原长的过程中, 由动量守恒定律得:mAvA+mBvB=0, 即:0.1×(-4)+0.2×vB=0,解得:vB=2m/s, 当弹簧长度最大时,系统机械能完全转化为弹簧的弹性势能, 由能量守恒定律得:弹簧的最大弹性势能: E=
(3)由图象可知,物体A、B不连接,A、B与弹簧分离后, A的速度vA=-4m/s,方向向左,C与A发生完全弹性碰碰撞, 由动量守恒定律得:mAvA+mCv0=mAvA′+mCv, 即:0.1×(-4)+0.1×v0=0.1×vA′+0.1×v…① 由能量守恒定律得:
即:
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