题目内容

如图所示,水平面上OA部分粗糙,其他部分光滑.轻弹簧一端固定,另一端与质量为M的小滑块连接,开始时滑块静止在O点,弹簧处于原长.一质量为m的子弹以大小为v的速度水平向右射入滑块,并留在滑块中,子弹打击滑块的时间极短,可忽略不计.之后,滑块向右运动并通过A点,返回后恰好停在出发点O处.求:

(1)子弹打击滑块结束后的瞬间,滑块和子弹的共同速度大小;

(2)试简要说明滑块从OA及从AO两个过程中速度大小的变化情况,并计算滑块滑行过程中弹簧弹性势能的最大值;

(3)滑块停在O点后,另一颗质量也为m的子弹以另一速度水平向右射入滑块并停留在滑块中,此后滑块运动过程中仅两次经过O点,求第二颗子弹的入射速度u的大小范围.

答案:
解析:

  解:(1)子弹打击滑块,满足动量守恒定律,设子弹射入滑块后滑块的速度为v1,则

  

   ① (4分)

  (2)从OA滑块做加速度增大的减速运动,从AO滑块可能做加速度增大的减速运动,或先做加速度减小的加速运动再做加速度增大的减速运动.

  滑块向右到达最右端时,弹簧的弹性势能最大.设在OA段克服摩擦力做的功为Wf,与滑块的动摩擦因数为μ,弹性势能最大值为Ep,根据能量守恒定律:

   ② (2分)

  由于滑块恰能返回到O点,返回过程中,根据能量守恒定律:

  

  (3)设第二颗子弹射入滑块后滑块的速度为v2,由动量守恒定律得:

   (2分)

  如果滑块第一次返回O点时停下,则滑块的运动情况同前,对该过程应用能量守恒定律:

  

   ⑥

  ①②③④⑤⑥联立解得

  如果滑块第三次返回O点时停下,对该过程由能量守恒:

  

  ①②③④⑥⑦联立解得

  

  所以,滑块仅两次经过O点,第二颗子弹入射速度的大小范围在

  


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