题目内容
【题目】如图所示,质量为m的钢板与直立的轻弹簧的上端相连,弹簧下端固定在地上,平衡时弹簧的压缩量为x0。一物块从钢板正上方3x0处自由落下,打在钢板上并与钢板一起向下运动,但不粘连,已知当物块质量为m时,它们恰能回到O点;若物块的质量为2m时,它们到达最低点后又向上运动,经某点分离后,物块继续向上运动。
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(1)轻弹簧的劲度系数;
(2)质量为2m的物块与钢板分离时物块的速度;
(3)质量为2m的物块与钢板分离后又向上运动的距离。
【答案】(1)
(2)分离速度为
(3)![]()
【解析】
(1)对钢板平衡时满足: mg=kx0
解得
;
(2)物块与钢板碰撞时的速度由机械能守恒,
得:![]()
设v1表示质量为m的物块钢板碰撞后一起向下运动的速度,因碰撞时间极短,系统所受外力远小于相互作用的内力,符合动量守恒,故有mv0=2mv1
设刚碰完时弹簧的弹性势能为Ep,当他们一起回到O点时,弹簧无形变,弹簧势能为零,根据题意,由机械能守恒得Ep+
(2m)v12=2mgx0
解得Ep=
mgx0
设v2表示质量为2m的物块与钢板碰后开始一起向下运动的速度,由动量守恒,则有2mv0=3mv2
当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时,弹簧的弹力为零,物块与钢板只受到重力的作用,加速度为g,一过O点,钢板受到弹簧向下的拉力作用,加速度大于g,因为物块与钢板不粘连,物块不可能受到钢板的拉力,其加速度仍为g,方向向下,故在O点物块与钢板分离。刚碰完时弹簧势能为Ep,它们回到O点时,弹性势能为零,但它们仍继续向上运动,设此时速度为v2,则由机械能守恒定律得:Ep+
(3m)v22=3mgx0+
(3m)v2
联立解得:
;
(3)分离后,物块以速度v竖直上升,由竖直上抛最大位移公式得:![]()
而
所以物块向上运动到达的最高点距O点的距离
。
【题目】某实验小组用如图所示的气垫导轨完成“验证动量守恒”的实验。图中A、B是带有碰撞装置和遮光片的滑块,可在气垫导轨上无摩擦地滑动。光电门C、D固定,通过光电计时器(图中未画出)可测出遮光片通过光电门的时间。主要实验步骤如下:
(ⅰ)用天平分别测出A、B两滑块的质量并记录。
(ⅱ)用游标卡尺分别测出A、B两滑块上遮光片的宽度并记录。
(ⅲ)调整气垫导轨使之水平。
(ⅳ)将滑块A、B静止放在气垫导轨的图示位置上。
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(ⅴ)给A一个水平冲量,使之水平向右运动,观察A、B碰撞的情况,记录A、B上的遮光片经过光电门C、D的时间。
(ⅵ)重复步骤ⅳ、ⅴ三至五次。
(ⅶ)分析数据,得出结论。
若某次实验步骤(ⅴ) 中滑块A两次经过光电门C,实验记录如下
mA(g) | mB(g) | dA(cm) | dB(cm) | 滑块A第一次经过C的时间(ms) | 滑块A第二次经过C的时间(ms) | 滑块B经过D的时间(ms) |
150 | 1.00 | 1.00 | 5.00 | 25.00 | 6.25 |
请回答下列问题
(1)两滑块碰后滑块B的速度大小________m/s;
(2)实验记录过程中滑块A的质量忘记记录了,根据你的分析,滑块A的质量mA=_____g;
(3)步骤(ⅲ)的目的是__________________________________。