同理2m物块与m物块有相同的物理过程
碰撞中动量守恒2mv0=3mv2 (4)
所不同2m与钢板碰撞返回O点速度不为零,设为v则
v0为物块与钢板碰撞时的的速度。因为碰撞板短,内力远大于外力,钢板与物块间动量守恒。设v1为两者碰撞后共同速
mv0=2mv1 (2)
两者以vl向下运动恰返回O点,说明此位置速度为零。运动过程中机械能守恒。设接触位置弹性势能为Ep,则
【错解原因】这是一道综合性很强的题。错解中由于没有考虑物块与钢板碰撞之后速度改变这一过程,而导致错误。另外在分析物块与钢板接触位置处,弹簧的弹性势能时,也有相当多的人出错,两个错误都出时,会发现无解。这样有些人就返回用两次势能相等的结果,但并未清楚相等的含义。
【分析解答】物块从3x0位置自由落下,与地球构成的系统机械能守恒。则有
2m物块与钢板一起过O点时,弹簧弹力为0,两者有相同的加速度g。之后,钢板由于被弹簧牵制,则加速度大于g,两者分离,2m物块从此位置以v为初速竖直上抛上升距离
因为m物块与2m物块在与钢板接触时,弹性势能之比
2m的物块仍从A处落下到钢板初位置应有相同的速度v0,与钢板一起向下运动又返回机械能也守恒。返回到O点速度不为零,设为V则:
之后物块与钢板一起以v0向下运动,然后返回O点,此时速度为0,运动过程中因为只有重力和弹簧弹力做功,故机械能守恒。
【错解】物块m从A处自由落下,则机械能守恒
设钢板初位置重力势能为0,则
【评析】有些问题中杆施力是沿杆方向的,但不能由此定结论,只要杆施力就沿杆方向。本题中A、B球绕O点转动,杆施力有切向力,也有法向力。其中法向力不做功。如图3-14所示,杆对B球施的力对B球的做负功。杆对A球做功为正值。A球机械能增加,B球机械能减少。
例9 质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上。平衡时,弹簧的压缩量为x0,如图3-15所示。物块从钢板正对距离为3X0的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连,它们到达最低点后又向上运动。已知物体质量也为m时,它们恰能回到O点,若物块质量为2m,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度,求物块向上运动到最高点与O点的距离。