题目内容

如图所示,在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块A,B,C,质量分别为mA=1kg,mB=1kg,mC=2kg,其中B与C用一个轻弹簧固定连接,开始时整个装置处于静止状态;A和B之间有少许塑胶炸药,A的左边有一个弹性挡板(小木块和弹性挡板碰撞过程没有能量损失)。现在引爆塑胶炸药,若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为A和B沿轨道方向的动能,A和B分开后,A恰好在BC之间的弹簧第一次恢复到原长时追上B,并且与B发生碰撞后粘在一起。求:

(1)在A追上B之前弹簧弹性势能的最大值.

(2)A与B相碰以后弹簧弹性势能的最大值.

 

【答案】

(1)塑胶炸药爆炸瞬间取A和B为研究对象,假设爆炸后瞬间AB的速度大小分别为、,取向右为正方向

    由动量守恒:      (2分)

    爆炸产生的热量由9J转化为AB的动能:(2分)

    带入数据解得:       (1分)

    由于A在炸药爆炸后再次追上B的时候弹簧恰好第一次恢复到原长,则在A追上B之前弹簧已经有一次被压缩到最短,(即弹性势能最大)爆炸后取BC和弹簧为研究系统,当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC,此时弹簧的弹性势能最大,设为。

    由动量守恒:   (2分)

    由能量定恒定定律:      (2分)

    带入数据得: = 3 J               (1分)

( = 3 m/s   = 0 m/s 不合题意,舍去。)

    A爆炸后先向左匀速运动,与弹性挡板碰撞以后速度大小不变,反向弹回。当A追上B,发生碰撞瞬间达到共速

    由动量守恒:(2分)

解得: = 1 m/s (1分)

    当ABC三者达到共同速度时,弹簧的弹性势能最大为

    由动量守恒:(1分)

    由能量守恒: (2分)

代入数据得: = 0.5 J         (1分)

【解析】略

 

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