题目内容

直立轻弹簧的下端与水平地面上质量为M=0.20kg的甲木块连接,轻弹簧上端静止于A点(如图1),再将质量也为M=0.20kg乙木块与弹簧的上端连接,当甲、乙及弹簧均处于静止状态时,弹簧上端位于B点(如图2)。现向下用力压乙,当弹簧上端下降到C点时将弹簧锁定,CA两点间的距离为△l=0.06m。一个质量为m=0.10kg的小球丙从距离乙正上方h=0.45m处自由落下(如图3),当丙与乙刚接触时,弹簧立即被解除锁定,丙与乙发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后立即取走小球丙,乙将在竖直方向做简谐振动。已知当甲第一次刚离开地面时乙的速度为v=2.0m/s。求

    (1)丙与乙发生弹性碰撞后各自的速度v、v

(2)从弹簧被解除锁定至甲第一次刚离开地面时,弹簧弹性势能的改变量。(g=10m/s2

(1)设丙自由下落h时速度为,根据自由落体运动规律 

m/s   ① 

解除锁定后,乙与丙发生弹性碰撞,设碰后乙、丙的速度分别为

根据动量守恒定律            ② 

根据动能守恒           ③ 

联立①②③解得    (舍去)    ④ 

(2)碰后,乙立即以m/s的速度从C点向下运动,从此时起直到甲第一次刚离开地面的时间内,乙在自身重力和弹簧弹力的共同作用下以B点为平衡位置做简谐运动(如图)。

当乙第一次回到平衡位置B时,弹簧相对原长的压缩量(图2)

    ⑤ 

当甲第一次刚离开地面时,弹簧相对原长的伸长量(图4) 

        ⑥ 

由于甲第一次刚离开地面时乙的速度为v=2.0m/s,v等大反向,所以根据简谐振动的对称性可知        ⑦

故  cm        ⑧

从碰撞结束至甲第一次刚离开地面时,对于乙和弹簧组成的系统,动能变化量为

        

根据功能关系,系统重力势能的增加量等于弹性势能的减少量 

      ⑨ 

重力势能的增加量       ⑩ 

所以弹簧弹性势能的减少量为 

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