题目内容

如图16-4-5所示,长木板ab的b端固定一挡板,木板连同挡板的质量为M=4.0 kg,a、b间距离s=2.0 m.木板位于光滑水平面上.在木板a端有一小物块,其质量m=1.0 kg,小物块与木板间的动摩擦因数μ=0.10,它们都处于静止状态.现令小物块以初速度v0=4.0 m/s沿木板向前滑动,直到和挡板相撞.碰撞后,小物块恰好回到a端而不脱离木板.求碰撞过程中损失的机械能.

图16-4-5

2.4 J


解析:

物块在木板上滑动过程中,摩擦力分别对物块和木板做功.碰撞时,能量有损失,但系统动量守恒.若能求出碰撞前后,系统的动能,则可以解决问题.但按题设条件不行,故应从全过程中能量的转化情况来求解.

设木板和物块最后共同的速度为v,由动量守恒定律mv0=(m+M)v①

设全过程损失的机械能为E,

②

用s1表示从物块开始运动到碰撞前瞬间木板的位移,W1表示在这段时间内摩擦力对木板所做的功,用W2表示同样时间内摩擦力对物块所做的功.用s2表示从碰撞后瞬间到物块回到a端时木板的位移,W3表示在这段时间内摩擦力对木板所做的功.用W4表示同样时间内摩擦力对物块所做的功,用W表示在全过程中摩擦力做的总功,则

W1=μmgs1③

W2=-μmg(s1+s)④

W3=-μmgs2⑤

W4=-μmg(s2-s)⑥

W=W1+W2+W3+W4⑦

用E1表示在碰撞过程中损失的机械能,则

E1=E-W⑧

由①~⑧式解得

代入数据得

E1=2.4 J

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