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.
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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
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代入数据得
E1=2.4 J
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