题目
在光滑的水平面上,平放一轻弹簧,弹簧一端固定,另一端连一物体A,A边上再放一物体B,它们的质量分别为m_A和m_B弹簧的劲度系数为k,原长为l。用力推B,使弹簧压缩x_0,然后释放。求:1000 A-a B-|||-7777(1)当A与B开始分离时,它们的位置和速度(2)分离之后,A还能往前移动多远?
在光滑的水平面上,平放一轻弹簧,弹簧一端固定,另一端连一物体A,A边上再放一物体B,它们的质量分别为$$m_A$$和$$m_B$$弹簧的劲度系数为$$k$$,原长为$$l$$。用力推B,使弹簧压缩$$x_0$$,然后释放。求:
(1)当A与B开始分离时,它们的位置和速度
(2)分离之后,A还能往前移动多远?
题目解答
答案
解:(1)当A与B开始分离时,它们应该在弹簧原长的位置,根据能量守恒定律,$$\frac{1}{2} kx_0^2=\frac{1}{2} (m_A+m_B)v^2$$,
解得:$$v=x_0\root \of {\frac{k}{(m_A+m_B)} }$$
(2)根据能量守恒定律,分离后对于A物体,$$\frac{1}{2} m_Av^2=\frac{1}{2}kx_1^2$$,
解得$$x_1=x_0\root \of {\frac{m_A}{m_A+m_B} }$$
解析
步骤 1:确定A与B开始分离时的位置
当A与B开始分离时,弹簧的弹力仅作用于A,而B不再受到弹簧的弹力作用。由于弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,当A与B开始分离时,弹簧的形变量为0,即弹簧恢复到原长状态。因此,A与B开始分离时的位置为弹簧的原长位置。
步骤 2:计算A与B开始分离时的速度
根据能量守恒定律,弹簧压缩时的弹性势能转化为A与B的动能。设A与B开始分离时的速度为v,则有:
$$\frac{1}{2} kx_0^2 = \frac{1}{2} (m_A + m_B)v^2$$
解得:
$$v = x_0 \sqrt{\frac{k}{m_A + m_B}}$$
步骤 3:计算分离之后A还能往前移动的距离
分离之后,A继续向前运动,弹簧的弹性势能转化为A的动能。设A还能往前移动的距离为$$x_1$$,则有:
$$\frac{1}{2} m_A v^2 = \frac{1}{2} k x_1^2$$
解得:
$$x_1 = x_0 \sqrt{\frac{m_A}{m_A + m_B}}$$
当A与B开始分离时,弹簧的弹力仅作用于A,而B不再受到弹簧的弹力作用。由于弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,当A与B开始分离时,弹簧的形变量为0,即弹簧恢复到原长状态。因此,A与B开始分离时的位置为弹簧的原长位置。
步骤 2:计算A与B开始分离时的速度
根据能量守恒定律,弹簧压缩时的弹性势能转化为A与B的动能。设A与B开始分离时的速度为v,则有:
$$\frac{1}{2} kx_0^2 = \frac{1}{2} (m_A + m_B)v^2$$
解得:
$$v = x_0 \sqrt{\frac{k}{m_A + m_B}}$$
步骤 3:计算分离之后A还能往前移动的距离
分离之后,A继续向前运动,弹簧的弹性势能转化为A的动能。设A还能往前移动的距离为$$x_1$$,则有:
$$\frac{1}{2} m_A v^2 = \frac{1}{2} k x_1^2$$
解得:
$$x_1 = x_0 \sqrt{\frac{m_A}{m_A + m_B}}$$