题目内容

【题目】如图所示,光滑水平面上的木板C的质量mC=2 kg,它的两端各固定一块挡板。木板的正中央并列放着两个可以视为质点的滑块A和B,它们的质量mA=1 kg,mB=4 kg,A,B之间夹有少许炸药。右边挡板右侧存在范围足够大的相互作用区,当滑块A在相互作用区中运动时,相互作用区对A有大小为F=3N,方向向左的恒定作用力。相互作用区对B、C无作用力。引爆炸药,A,B沿同一直线向两侧分开,A与挡板碰撞后立即粘贴在一起。A,B与木板C之间的摩擦不计,引爆时间及碰撞时间也不计,爆炸后A获得的速度vA=6 m/s。

(1)求A与挡板粘贴在一起后瞬间,滑块B、木板C的速度分别多大?

(2)设木板C的长度L=15m,求爆炸后系统中发生的前两次碰撞的时间差t 。若L=20m,这个时间差t又是多长?

【答案】(1) ; (2)

【解析】(1)引爆炸药瞬间,A、B组成的系统动量守恒

…………①

解得

A先与挡板碰撞,由动量守恒定律

…………②

解得

(2)A与挡板碰撞后,A和C粘贴在一起受相互作用区的作用力做匀变速运动,设加速度大小为a,由牛顿第二定律

…………③

设从引爆到第二次碰撞的过程B、C的位移大小分别为、,从引爆到A与挡板碰撞的时间为,则

…………④

…………⑤

讨论:(i)假设B能与左边挡板相碰,则

…………⑥

由运动学公式

…………⑦

联立③④⑤⑥⑦解得

把代入得或

若,此时C的速度,速率比大,不合理。

所以

(ii)把代入则t无实数解,说明当L=20m时滑块B不会与左挡板相碰。滑块A、木板C一起在相互作用区的运动时间为

…………⑧

之后A、C一起向左以2m/s做匀速直线运动并与B发生碰撞,碰撞时

…………⑨

…………⑩

联立③④⑤⑧⑨⑩解得

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