题目内容

(2013?广东)如图,两块相同平板P1、P2至于光滑水平面上,质量均为m.P2的右端固定一轻质弹簧,左端A与弹簧的自由端B相距L.物体P置于P1的最右端,质量为2m且可以看作质点.P1与P以共同速度v0向右运动,与静止的P2发生碰撞,碰撞时间极短,碰撞后P1与P2粘连在一起,P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内).P与P2之间的动摩擦因数为μ,求
(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x和相应的弹性势能Ep.
分析:(1)P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律列出等式.对P1、P2、P系统,由动量守恒定律求解.
(2)当弹簧压缩最大时,P1、P2、P三者具有共同速度v3,由动量守恒定律和能量守恒定律求解.
解答:解:(1)P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律
mv0=2mv1  ①
解得v1=
v0
2
 ②
对P1、P2、P系统,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv2③
解得v2=
3v0
4
  ④
(2)当弹簧压缩最大时,P1、P2、P三者具有共同速度v3,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv3  ⑤
 对系统由能量守恒定律
μ(2m)g×2(L+x)=
1
2
(2m)v
 
2
0
+
1
2
(2m)v
 
2
1
-
1
2
(4m)v
 
2
2
  ⑥
解得x=
v
2
0
32μg
-L  ⑦
最大弹性势能Ep=
1
2
(2m)v
 
2
0
+
1
2
(2m)v
 
2
1
-
1
2
(4m)v
 
2
3
-μ?2mg(L+x) ⑧
解得Ep=
1
16
mv
 
2
0
  ⑨
答:(1)P1、P2刚碰完时的共同速度是
v0
2
,P的最终速度是
3v0
4
;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x是
v
2
0
32μg
-L,相应的弹性势能是
1
16
mv
 
2
0
.
点评:本题综合考查了动量守恒定律、能量守恒定律,综合性较强,对学生的能力要求较高,需加强这方面的训练.
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