题目内容

【题目】质量同为的两个小球系于一轻弹簧两端后,放在光滑水平桌面上,弹簧处于自由长度状态,长为,它的劲度系数为.今使两球同时受水平冲量作用,各获得与连线垂直的等值反向初速度,如图所示.若在以后运动过程中弹簧可达到的最大长度,试求两球的初速度大小.

【答案】

【解析】

因对称,弹簧中点相对桌面不动.开始时,系统相对点的角动量大小为.当弹簧达到最大长度时,两球均无径向速度,各自速度大小记为,则系统相对点的角动量大小为.因相对点的角动量守恒,便有

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两个状态间又有能量关联,有

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代入,可算得

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在动力学领域,机械能守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律等三个守恒定律的适用条件虽然各不相同,但常常在含有弹性碰撞、非质点类物体及有心力作用的背景下同时应用,这一类应用可以设计出过程多样、模型复杂、规律应用极具综合特性的试题,物理竞赛对此类试题极为钟情.

本题只能算是此类试题的引子,权作基本练习,同学们应在此类模型上多加练习,注意总结,以期达到熟练运用.

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