11.如下图所示,水平地面上静止放置着物块BC,相距l=1.0 m.物块A以速度v0=10 m/s沿水平方向与B正碰.碰撞后AB牢固地粘在一起向右运动,并再与C发生正碰,碰后瞬间C的速度v=2.0 m/s.已知AB的质量均为mC的质量为A质量的k倍,物块与地面的动摩擦因数μ=0.45.(设碰撞时间很短,g取10 m/s2)

(1)计算与C碰撞前瞬间AB的速度;

(2)根据ABC的碰撞过程分析k的取值范围,并讨论与C碰撞后AB的可能运动方向.

[解析] 本题考查考生对力学基本规律的认识,考查牛顿运动定律、动量守恒定律、动能定理的理解和综合应用,考查理解能力、分析综合能力、空间想象能力、运用数学知识处理物理问题的能力.

(1)设物体AB的质量分别为mAmBAB发生完全非弹性碰撞后的共同速度为v1,取向右为速度正方向,由动量守恒定律

mAv0=(mA+mB)v1

v1v0=5.0 m/s

AB运动到C时的速度为v2,由动能定理

(mA+mB)v-(mA+mB)v=-μ(mA+mB)gl

v2==4.0 m/s.③

(2)设与C碰撞后AB的速度为v3,碰撞过程中动量守恒,有

(mA+mB)v2=(mA+mB)v3+mCv

碰撞过程中,应有碰撞前的动能大于或等于碰撞后的动能,即

(mA+mB)v≥(mA+mB)v+mCv2

由④式,得

v3==(4-k) m/s⑥

联立⑤和⑥式,得k≤6

即:当k=6时,碰撞为弹性碰撞;当k<6时,碰撞为非弹性碰撞.⑦

碰撞后AB向右运动的速度不能大于C的速度.由⑥式,得

4-k≤2

k≥2

所以k的合理取值范围是

6≥k≥2

综上得到:

当取k=4时,v3=0,即与C碰后AB静止⑧

当取4>k≥2时,v3>0,即与C碰后AB继续向右运动⑨

当取6≥k>4时,v3<0,即碰后AB被反弹向左运动.⑩

[答案] (1)4.0 m/s  (2)2≤k≤6,当k=4时,AB碰后静止;当4>k≥2时,AB向右运动;当6≥k>4时,AB向左运动

 0  138406  138414  138420  138424  138430  138432  138436  138442  138444  138450  138456  138460  138462  138466  138472  138474  138480  138484  138486  138490  138492  138496  138498  138500  138501  138502  138504  138505  138506  138508  138510  138514  138516  138520  138522  138526  138532  138534  138540  138544  138546  138550  138556  138562  138564  138570  138574  138576  138582  138586  138592  138600  447348 

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