题目内容

如图,A、B两物体用弹簧相连,放在光滑水平面上.其中A物体靠墙放.现用外力将B左推至弹簧弹性势能为8J处,此处B也静止不动.撤去外力,求:

(1)

若A、B质量都为1kg,至B的速度第一次达到最大过程中,墙给A的冲量

(2)

在A刚要离开墙时,记下A、B的速度,这两个速度第n次交换时,弹性势能多大?n=1、2、3……A、B质量都为1kg.

(3)

若A、B质量分别为1kg、2kg,求撤去外力后,弹簧第n次恢复原长时,A、B速度各多大?分奇数、偶数讨论.

答案:
解析:

(1)

将A、B和弹簧看作系统,墙给A的冲量等于B的动量变化,I=mv.

由mv2=8得v=4m/s,

所以IA=mv=4N·s.…………………………………………(4分)

(2)

A刚要离开墙时,弹簧为原长,系统只有动能.A、B交换速度是在A、B相互作用刚好结束时,总动能不变,所以弹性势能为零…………………………(4分)

(3)

在弹簧第一次恢复原长时,由mBvB2=8,vB=2m/s,

动量mBvB=2×2kg·m/s=4kg·m/s.以后的过程中系统总动量守恒

mBvB=mBvB′+mAvA′

代入数据得

4=2vB′+vA′    ①

在恢复原长时,无弹性势能,由机械能守恒,有

8=mBvB′2+mAvA′2

代入数据得16=2vB′2+vA′2    ②

①②消去vA′得3vB′2-8vB′+8=0

所以vB′=

第一组解:当vB′=2m/s时,vA′=0

第二组解:当vB′=m/s时,vA′=m/s.

讨论:分析运动过程知,弹簧第一次恢复原长时,vA=0,vB=2m/s;第二次恢复原长时,由于之前A一直加速,此时应vA′>vB′,即vA′=m/s,vB′=m/s;第三次恢复原长时,由于之前A一直减速,B一直加速,此时应vA″=0,vB″=2m/s;依此类推:奇数次恢复原长时,A、B的速度为第一组解.偶数次恢复原长时,A、B的速度为第二组解.……………………………………(8分)


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