题目内容

【题目】如图所示,滑块A、B的质量分别为m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接,置于水平的气垫导轨上.用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧.两滑块一起以恒定的速度v0向右滑动.突然,轻绳断开.当弹簧伸长至本身的自然长度时,滑块A的速度正好为零.问在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度等于零的时刻?试通过定量分析,证明你的结论.

【答案】在以后的运动中,不可能出现滑动B的速度为零的情况

【解析】当弹簧处于压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和.当弹簧伸长到其自然长度时,弹性势能为零,因这时滑块A的速度为零,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v则有

①

由动量守恒定律②

解得③

假定在以后的运动中,滑块B可以出现速度为零的时刻,并设此时滑块A的速度为v1.这时,不论弹簧是处于伸长还是压缩状态,都具有弹性势能EP.由机械能守恒定律得 ④

根据动量守恒⑤

求出v1代入④式得 ⑥

因为Ep≥0,故得 ⑦

即m1≥m2,与已知条件m1<m2不符.可见滑块B的速度永不为零,即在以后的运动中,不可能出现滑动B的速度为零的情况.

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