题目内容

如图所示,质量为2kg的物块A(可看作质点),开始放在长木板B的左端,B的质量为1kg,可在水平面上无摩擦滑动,两端各有一竖直挡板M、N,现A、B以相同的速度v0=6m/s向左运动并与挡板M发生碰撞,B与M碰后速度立即变为零,但不与M粘接;A与M碰撞没有能量损失,碰后接着返向N板运动,且在与N板碰撞之前,A、B均能达到共同速度并且立即被锁定,与N板碰撞后A、B一并原速反向,并且立刻解除锁定.A、B之间的动摩擦因数μ=0.1.通过计算求下列问题:
(1)A与挡板M能否发生第二次碰撞?
(2)试通过分析计算确定A最终停在何处?
分析:(1)根据动量守恒定律求出第一次与M板碰撞后,A、B达到共同速度的速度大小,求出在整个过程中由于摩擦损失的机械能,A、B与N板碰后返回向左运动,求出A的动能,与损失的机械能比较,从而判断出A与挡板M能否发生第二次碰撞.
(2)通过动量守恒定律和能量守恒定律确定出单程克服阻力做功与AB达到共同速度时A的动能的关系,确定出A每次都可以返回到M板,最终停靠在M板前.
解答:解:第一次碰撞后A以vO=6m/s速度向右运动,B的初速度为0,与N板碰前达共同速度v1则
  mAv0=(mA+mB)v1                                                
 v1=
mA
mA+mB
v0

代人数据解得:v1=4m/s                                                          
系统克服阻力做功损失动能
△E1=
1
2
mA
v
2
0
-
1
2
(mA+mB)
v
2
1
=36-24=12J                      
因与N板的碰撞没有能量损失,A、B与N板碰后返回向左运动,
此时A的动能 EA′=
1
2
×2×42
=16J>△E1
因此,当B先与M板碰撞停住后,A还有足够能量克服阻力做功,并与M板发生第二次碰撞.
所以A可以与挡板M发生第二次碰撞.                             
(2)设与M板第i次碰后A的速度为vi,动能为EAi,
达到共同速度后A的速度为vi′动能为EAi′
  mAvi=(mA+mB)vi′
则得  vi′=
mA
mA+mB
vi
=
2
3
vi
                                       
  EAi′=
4
9
EAi
                                                  
 EBi′=
1
2
EAi′
=
2
9
AAi
                                           
单程克服阻力做功  Wfi=EAi-EAi′-EBi′=
1
3
EAi
<EAi′
因此每次都可以返回到M板,最终停靠在M板前. 
答:
(1)A可以与挡板M发生第二次碰撞.
(2)A每次都可以返回到M板,最终停靠在M板前.
点评:本题综合考查了动量守恒定律、能量守恒定律、动能定理,综合性较强,对学生能力要求较高,需加强训练.
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