题目内容
【题目】如图所示,轻弹簧的两端与质量均为M的B、C两物块固定连接,静止在光滑水平面上,物块C紧靠挡板但不粘连.从一把玩具枪射出的子弹A,沿水平方向射入物块后留在物块内(作用时间极短),在此后的弹簧压缩和拉伸过程中弹簧都在弹性限度内.
(1)如果子弹质量为m,速度为v0,求弹簧第一次压缩最短时的弹性势能;
(2)如果玩具枪射出子弹时的动能恒为Ek,而子弹质量不同,之后的相互作用过程中,弹簧所能拉伸的最大长度不同,为使弹簧拉伸的长度最大,子弹的质量应是多少?此时的弹簧的弹性势能多大?
【答案】(1) (2)
【解析】
(1)子弹射入木块B的过程,取向左为正方向,由动量守恒定律得
根据能量守恒定律得:弹簧第一次压缩最短时的弹性势能为:
(2)设子弹的质量为m,玩具枪射出子弹时的速度为v0.当C离开挡板后,B、C速度相同时,弹簧伸长最长,此时弹性势能最大,设为Epm,B、C的共同速度为v′,C刚离开挡板时B的速度大小为v,方向向右
取向右为正方向,由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
.
结合
.
联立得到
,
求导得
当 Epm′=0时,Epm最大,此时
此时的弹簧的弹性势能为
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