题目内容
【题目】如图甲所示,物块A、B的质量分别是mA=4.0kg和mB=3.0kg.用轻弹簧栓接,放在光滑的水平地面上,物块B右侧与竖直墙相接触.另有一物块C从t=0时以一定速度向右运动,在t=4s时与物块A相碰,并立即与A粘在一起不再分开,物块C的v-t图象如图乙所示.求:
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(1)物块C的质量mC;
(2)墙壁对物块B在4 s到12s的时间内的冲量I的大小和方向;
(3)B离开墙后的过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep;
(4)B离开墙后,三个物块在光滑的水平地面上向左运动(地面很长),B的速度变化范围,粘在一起AC的速度变化范围?
【答案】(1)2kg (2)
方向向左 (3)
(4)[0, 4] 方向向左 [3, 1] 方向向左
【解析】试题分析:(1)AC碰撞过程动量守恒,由动量守恒定律可以求出C的质量.(2)在4s到8s的时间内,物体B不移动,故墙对物体B不做功;在4s到8s的时间内,对ABC系统运用动量定理列式求解墙壁对B的冲量(3)12s末B离开墙壁,之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒;当AC与B速度相等时弹簧弹性势能最大。
(1) 由图知,C与A碰前速度为v1=9m/s,碰后速度为v2=3m/s,C与A碰撞过程动量守恒,以C的初速度反方向为正方向,由动量守恒定律得:mCv1=(mA+mC)v2,解得:mC=2kg;
(2) 由图知,12s末A和C的速度为v3=-3m/s,4s到12s,墙对B的冲量为I=(mA+mC)v3-(mA+mC)v2,解得:I=-36Ns,方向向左;
(3) 12s,B离开墙壁,之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒,且当AC与B速度相等时,弹簧弹性势能最大,以A的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:(mA+mC)v3=(mA+mB+mC)v4,由机械能守恒定律得:
,解得
;
点晴:分析清楚物体的运动过程、正确选择研究对象是正确解题的关键,应用动量守恒定律、能量守恒定律、动量定理即可正确解题。