10、如图9-1所示,质量为M=3kg的木板静止在光滑水平面上,板的右端放一质量为m=1kg的小铁块,现给铁块一个水平向左速度V0=4m/s,铁块在木板上滑行,与固定在木板左端的水平轻弹簧相碰后又返回,且恰好停在木板右端,求铁块与弹簧相碰过程中,弹性势能的最大值EP

分析与解:在铁块运动的整个过程中,系统的动量守恒,因此弹簧压缩最大时和铁块停在木板右端时系统的共同速度(铁块与木板的速度相同)可用动量守恒定律求出。在铁块相对于木板往返运动过程中,系统总机械能损失等于摩擦力和相对运动距离的乘积,可利用能量关系分别对两过程列方程解出结果。

  设弹簧压缩量最大时和铁块停在木板右端时系统速度分别为V和V’,由动量守恒得:mV0=(M+m)V=(M+m)V’ 所以,V=V’=mV0/(M+m)=1X4/(3+1)=1m/s

铁块刚在木板上运动时系统总动能为:EK=mV02=0.5X1X16=8J

弹簧压缩量最大时和铁块最后停在木板右端时,系统总动能都为:

EK’=(M+m)V2=0.5X(3+1)X1=2J

铁块在相对于木板往返运过程中,克服摩擦力f所做的功为:

Wf=f2L=EK-EK’=8-2=6J

铁块由开始运动到弹簧压缩量最大的过程中,系统机械能损失为:fs=3J

由能量关系得出弹性势能最大值为:EP=EK-EK‘-fs=8-2-3=3J

说明:由于木板在水平光滑平面上运动,整个系统动量守恒,题中所求的是弹簧的最大弹性势能,解题时必须要用到能量关系。在解本题时要注意两个方面:①.是要知道只有当铁块和木板相对静止时(即速度相同时),弹簧的弹性势能才最大;弹性势能量大时,铁块和木板的速度都不为零;铁块停在木板右端时,系统速度也不为零。

②.是系统机械能损失并不等于铁块克服摩擦力所做的功,而等于铁块克服摩擦力所做的功和摩擦力对木板所做功的差值,故在计算中用摩擦力乘上铁块在木板上相对滑动的距离。

 0  136999  137007  137013  137017  137023  137025  137029  137035  137037  137043  137049  137053  137055  137059  137065  137067  137073  137077  137079  137083  137085  137089  137091  137093  137094  137095  137097  137098  137099  137101  137103  137107  137109  137113  137115  137119  137125  137127  137133  137137  137139  137143  137149  137155  137157  137163  137167  137169  137175  137179  137185  137193  447348 

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