题目内容
12.质量分别为MA=m,MB=m1,MC=M-m1的三个物体A、B、C依次自左向右静止在光滑水平面上的同一条直线上,B、C用一根劲度系数k为的弹簧连接.突然给A一个向右的初速度v,A与B发生碰撞后粘在一起继续沿三者所在直线向前运动并压缩弹簧.(i)求碰撞过程中损失的机械能和弹簧的弹性势能最大值.
(ii)根据计算结果分析,一个质量为m的物体以一定的初速度跟另一个质量为M的静止的物体怎样碰撞损失的机械能最大?
分析 (i)A、B碰撞过程系统动量守恒,应用动量守恒定律可以求出碰撞后的速度.由功能关系求出损失的机械能;弹簧压缩量最大时,ABC速度相等,弹簧的弹性势能最大,A、B、C、弹簧组成的系统动量守恒、机械能守恒,应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出弹簧的弹性势能.
(ii)结合以上的分析与功能关系即可做出判断.
解答 解:( i)滑块A与B碰撞后,共同速度为v1,以水平向右方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv=(m+m1)v1,
所以:${v}_{1}=\frac{mv}{m+{m}_{1}}$
损失的机械能:$△{E}_{1}=\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}(m+{m}_{1}){v}_{1}^{2}$;
整理得:$△{E}_{1}=\frac{m{m}_{1}{v}^{2}}{2(m+{m}_{1})}$
在AB通过弹簧与C相互作用的过程中,四个物体组成的系统的动量在水平方向是守恒的,同时系统的机械能也守恒,当A、B、C速度相等时,弹簧具有最大弹性势能,
系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:(m+m1)v1=(m+m1+M-m1)v2,
得:${v}_{2}=\frac{mv}{m+M}$
由机械能守恒定律得:$\frac{1}{2}$(m+m1)v12=$\frac{1}{2}$(m+M)v22+EPm,
解得:EPm=$\frac{{m}^{2}{v}^{2}}{2}(\frac{1}{m+{m}_{1}}-\frac{1}{m+M})$;
(ii)根据以上的计算可知,当碰撞后两个物体的速度相等时,弹簧的弹性势能最大,所以在没有弹簧的情况下,质量为m的物体以一定的初速度跟另一个质量为M的静止的物体碰撞后黏在一起时,系统损失的机械能最大.
答:( i)碰撞过程中损失的机械能是$\frac{m{m}_{1}{v}^{2}}{2(m+{m}_{1})}$和弹簧的弹性势能最大值是$\frac{{m}^{2}{v}^{2}}{2}(\frac{1}{m+{m}_{1}}-\frac{1}{m+M})$;
(ii)质量为m的物体以一定的初速度跟另一个质量为M的静止的物体碰撞后黏在一起时,系统损失的机械能最大.
点评 本题考查了求速度与弹性势能问题,考查了动量守恒定律与机械能守恒定律的应用,分析清楚物体运动过程是解题的关键,应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以解题.
| A. | Um | B. | $\frac{{U}_{m}}{\sqrt{2}}$ | C. | $\frac{{U}_{m}}{2}$ | D. | $\frac{{U}_{m}}{4}$ |
| A. | 汽车在环形车道上的角速度为1 rad/s | |
| B. | 汽车通过最高点时对环形车道的压力为1.4×104 N | |
| C. | 若要挑战成功,汽车不可能以低于12 m/s的恒定速率运动 | |
| D. | 汽车通过最低点时,演员处于超重状态 |
| A. | 伽利略通过理想斜面实验定性指出力是改变物体运动状态的原因,牛顿进一步给出物体受力与运动状态改变的定量关系;开普勒通过分析前人的天文观测数据总结出行星运行的规律,验证了牛顿发现的万有引力定律 | |
| B. | 奥斯特发现电流的磁效应之后,法拉第进一步思考磁是否可以生电,建立了电磁感应定律;赫兹通过巧妙装置发现了电磁波,麦克斯韦通过分析赫兹实验指出“变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场”,建立了电磁场理论 | |
| C. | 安培提出分子电流假说,是受电流磁效应的启发,指出了磁现象的电本质;近代分子原子结构的发现使分子电流假说上升为科学理论 | |
| D. | 楞次通过实验发现了感应电流方向的规律,楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的表现,右手定则是楞次定律的特例;物体所受合外力为零时加速度为零,牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例 |
| A. | 可能大于10m/s | B. | 一定等于10m/s | ||
| C. | 可能小于10m/s | D. | 具体数值与斜面的倾角有关 |