题目内容

如图所示,光滑水平面上有一小车B,右端固定一个砂箱,砂箱左侧连着一水平轻弹簧,小车和砂箱的总质量为M,车上放有一物块A,质量也是M,物块A随小车以速度v0向右匀速运动.物块A与左侧的车面的动摩擦因数为,与右侧车面摩擦不计.车匀速运动时,距砂面H高处有一质量为m的泥球自由下落,恰好落在砂箱中,求:

(1)小车在前进中,弹簧弹性势能的最大值.

(2)为使物体A不从小车上滑下,车面粗糙部分应多长?

答案:
解析:

  解析:本题应用动量守恒,机械能守恒及能量守恒定律联合求解.

  在m下落在砂箱砂里的过程中,由于车与小泥球m在水平方向不受任何外力作用,故车及砂、泥球整个系统的水平方向动量守恒,则有:

    ①

  此时物块A由于不受外力作用,继续向右做匀速直线运动再与轻弹簧相碰,以物块A、弹簧、车系统为研究对象,水平方向仍未受任何外力作用,系统动量守恒,当弹簧被压缩到最短,达最大弹性势能Ep时,整个系统的速度为v2,则由动量守恒和机械能守恒有:

    ②

    ③

  由①②③式联立解得:  ④

  之后物块A相对地面仍向右做变减速运动,而相对车则向车的左面运动,直到脱离弹簧,获得对车向左的动能,设刚滑至车尾,则相对车静止,由能量守恒,弹性势能转化为系统克服摩擦力做功转化的内能有:  ⑤

  由④⑤两式得:


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