题目内容
【题目】如图所示,固定在水平面上倾角的光滑斜面底端有一垂直于斜面的挡板,可看成质点的物块A、B、C质量均为m=2.5kg,物块B、C通过一劲度系数k=72N/m的轻质弹簧相连,初始时,物块C靠在挡板上,物块B、C处于静止状态,物块A以初速度v0沿光滑的水平面进入竖直面内与水平面相切于E点、半径R=1.2m的光滑固定半圆形轨道。当物块A到达轨道的最高点D时,对轨道的压力大小为,物块A离开D点后,恰好无碰撞地由P点滑上斜面,继续运动后与静止于Q点的物块B相碰,碰撞时间极短,碰后物块A、B粘在一起,已知不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:
(1)物块A的初速度v0的大小;
(2)物块A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小;
(3)设从物块A、B粘在一起到物块C恰好离开挡板这一过程经历了时间t,若t=1s,则这一过程中弹簧对物块C的冲量大小I为多少?(弹簧始终处于弹性限度内)
【答案】(1)(2)(3)
【解析】
(1)当物块A到达D点时,对物块A受力分析有
,解得
物块A从开始运动到D点的过程中,由动能定理得
解得
(2)当物块A离开D点后,物块A做平抛运动,到达P点时速度沿斜面向下
则
从P点到Q点的过程中,由动能定理得
解得
从物块A与物块B相碰到碰撞结束这一过程,由动量守恒定律得
解得
(3)设在碰撞前弹簧的压缩量为x1,受力分析得
kx1=mgsin37°,可得
当物块C恰好离开挡板时,弹簧处于伸长状态,设伸长量为x2,对物块C受力分析得
,可得
从物块A、B碰撞完到物块C恰好离开挡板,设此时物块A、B的共同速度为v1,以物块A、B为研究对象,此过程弹簧的弹力做功为零,由动能定理得
解得
从物块A、B碰撞完到物块C恰好离开挡板,设弹簧对物块A、B的冲量为,规定沿斜面向上为正方向,由动量定理得
此过程弹簧对物块C的冲量大小