题目内容
12.如图1所示,光滑水平面上的A物体以初速度v0去撞击静止的B物体,B物体上固定一质量不计的轻质弹簧.已知A物体的质量为m1,B物体的质量为m2.A物体在O点处开始压缩弹簧,此时刻设为0时刻,从开始压缩弹簧到将弹簧压缩至最短所用时间是t1,从弹簧最短到弹簧恢复到原长所用时间是t2.A、B始终沿同一直线运动.(1)请在图2中画出弹簧弹力F随时间t变化的示意图,并求A物体在0~t1时间内所受到的合冲量.
(2)求弹簧被压缩到最短时所具有的弹性势能;
(3)若弹簧恢复原长时,A、B物体的动量恰好相等,求$\frac{m_1}{m_2}$.
分析 (1)分析AB与弹簧接触时的运动情况以及弹簧长度变化情况,从而画出图象,根据动量守恒定律求出t1时刻AB的共同速度,再根据动量定理求解A物体所受合外力的冲量;
(2)根据能量守恒定律求出弹簧被压缩到最短时所具有的弹性势能;
(3)根据总动量守恒以及动量与动能的关系列式求解即可.
解答 解:(1)弹簧刚开始处于原长,弹力为零,A压缩弹簧时,A做减速运动,B做加速运动,弹簧弹力增大,AB速度差值越来越小,则弹力随时间变化越来越慢,当AB速度相等时,弹力最大,此后B的速度大于A的速度,弹力开始减小,F-t图象如图所示:![]()
根据动量守恒定律,选向右为正方向,则有:
m1v0=(m1+m2)V
解得:$V=\frac{{{m_1}{v_0}}}{{{m_1}+{m_2}}}$
根据动量定理得:I1=m1V-m1v0
解得:${I_1}=-\frac{{{m_1}{m_2}{v_0}}}{{{m_1}+{m_2}}}$
(2)根据能量守恒定律得:$\frac{1}{2}mv_0^2={E_P}+\frac{1}{2}({m_1}+{m_2}){V^2}$
解得:${E_p}=\frac{{{m_1}{m_2}v_0^2}}{{2({m_1}+{m_2})}}$
(3)由于总动量守恒,则P总=2P,
而P2=2mEK
则有$\frac{{4{p^2}}}{{2{m_1}}}$=$\frac{p^2}{{2{m_1}}}+\frac{p^2}{{2{m_2}}}$
解得:$\frac{m_1}{m_2}$=3
答:(1)弹簧弹力F随时间t变化的示意图,如图所示,A物体在0~t1时间内所受到的合冲量为$-\frac{{m}_{1}{m}_{2}{v}_{0}}{{m}_{1}+{m}_{2}}$;
(2)弹簧被压缩到最短时所具有的弹性势能为$\frac{{m}_{1}{m}_{2}{v}_{0}^{2}}{2({m}_{1}+{m}_{2})}$;
(3)若弹簧恢复原长时,A、B物体的动量恰好相等,则$\frac{m_1}{m_2}$等于3.
点评 本题考查了动量守恒定律的应用,分析清楚物体运动过程,应用动量守恒定律与机械能守恒定律即可正确解题,注意使用动量守恒定律时要规定正方向,难度适中.
| A. | 线圈中感应电流的方向为abcda | B. | 穿过线圈的磁通量为0 | ||
| C. | 线圈中的感应电流为$\frac{nB{l}^{2}ω}{R}$ | D. | 穿过线圈磁通量的变化率为0 |
| A. | 汤姆孙发现了电子并提出原子核式结构模型 | |
| B. | 为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的 | |
| C. | 一群氢原子从n=4的激发态向基态跃迁时,最多能放出3种不同频率的光子 | |
| D. | 根据玻尔理论可知,氢原子辐射出一个光子后,核外电子的运动速度增大 | |
| E. | 查德威克发现中子的核反应方程是${\;}_{4}^{9}$Be+${\;}_{2}^{4}$He→${\;}_{0}^{1}$n+${\;}_{6}^{12}$C |
| A. | 向下 | B. | 向上 | C. | 指向S极 | D. | 指向N极 |
| A. | F3=$\frac{{F}_{0}}{4}$,F4=$\frac{{F}_{0}}{4}$ | B. | F3=$\frac{{F}_{0}}{4}$,F4=0 | C. | F3=$\frac{15{F}_{0}}{4}$,F4=0 | D. | F3=4F0,F4=$\frac{{F}_{0}}{4}$ |
| A. | A1、A2立即熄灭 | B. | A2立即熄灭,A1过一会儿熄灭 | ||
| C. | A1闪亮后过一会儿才熄灭 | D. | A2闪亮后过一会儿才熄灭 |