题目
如图,L形滑板A静置在粗糙水平面上,滑板右端固定一劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧左端与一小物块B相连,弹簧处于原长状态,一小物块C以初速度v0从滑板最左端滑入,滑行s0后与B发生完全非弹性碰撞(碰撞时间极短),然后一起向右运动;一段时间后,滑板A也开始运动,已知A、B、C的质量均为m,滑板与小物块、滑板与地面之间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g;最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,弹簧始终处于弹性限度内,求:c B wwwwww A-|||-S。(1)C在碰撞前瞬间的速度大小;(2)C与B碰撞过程中损失的机械能;(3)从C与B相碰后到A开始运动的过程中,C和B克服摩擦力所做的功。
如图,L形滑板A静置在粗糙水平面上,滑板右端固定一劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧左端与一小物块B相连,弹簧处于原长状态,一小物块C以初速度v0从滑板最左端滑入,滑行s0后与B发生完全非弹性碰撞(碰撞时间极短),然后一起向右运动;一段时间后,滑板A也开始运动,已知A、B、C的质量均为m,滑板与小物块、滑板与地面之间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g;最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,弹簧始终处于弹性限度内,求:

(1)C在碰撞前瞬间的速度大小;
(2)C与B碰撞过程中损失的机械能;
(3)从C与B相碰后到A开始运动的过程中,C和B克服摩擦力所做的功。

(1)C在碰撞前瞬间的速度大小;
(2)C与B碰撞过程中损失的机械能;
(3)从C与B相碰后到A开始运动的过程中,C和B克服摩擦力所做的功。
题目解答
答案
解:(1)滑板与小物块、滑板与地面之间的动摩擦因数均为μ,物块C与滑板间的最大静摩擦力小于滑板与地面间的最大静摩擦力,物块C滑到B的过程中,滑板静止。
物块C运动至刚要与物块B相碰过程,由动能定理:-μmgs0=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
解得物块C碰撞前的速度大小为:${v}_{1}=\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$;
(2)物块B、C碰撞时间极短,碰撞过程中动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律:mv1=2mv2
解得物块B与物块C碰后一起运动的速度大小:v2=$\frac{1}{2}$$\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$
根据能量守恒定律可得物块B与物块C碰撞过程系统损失的机械能为:ΔE=$\frac{1}{2}$mv12-$\frac{1}{2}$•2mv22
解得:ΔE=$\frac{1}{4}m{v}_{0}^{2}$-$\frac{1}{2}μmg{s}_{0}$;
(3)滑板A刚要滑动时,对滑板A,由平衡条件:kΔx+2μmg=3μmg
解得弹簧的压缩量(即滑板A开始运动前物块B和物块C一起运动的位移大小):Δx=$\frac{μmg}{k}$
故滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力做功:W克=2μmgΔx
解得:W克=$\frac{2{μ}^{2}{m}^{2}{g}^{2}}{k}$。
答:(1)C在碰撞前瞬间的速度大小为${v}_{1}=\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$;
(2)C与B碰撞过程中损失的机械能为$\frac{1}{4}m{v}_{0}^{2}$-$\frac{1}{2}μmg{s}_{0}$;
(3)从C与B相碰后到A开始运动的过程中,C和B克服摩擦力所做的功为$\frac{2{μ}^{2}{m}^{2}{g}^{2}}{k}$。
物块C运动至刚要与物块B相碰过程,由动能定理:-μmgs0=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
解得物块C碰撞前的速度大小为:${v}_{1}=\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$;
(2)物块B、C碰撞时间极短,碰撞过程中动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律:mv1=2mv2
解得物块B与物块C碰后一起运动的速度大小:v2=$\frac{1}{2}$$\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$
根据能量守恒定律可得物块B与物块C碰撞过程系统损失的机械能为:ΔE=$\frac{1}{2}$mv12-$\frac{1}{2}$•2mv22
解得:ΔE=$\frac{1}{4}m{v}_{0}^{2}$-$\frac{1}{2}μmg{s}_{0}$;
(3)滑板A刚要滑动时,对滑板A,由平衡条件:kΔx+2μmg=3μmg
解得弹簧的压缩量(即滑板A开始运动前物块B和物块C一起运动的位移大小):Δx=$\frac{μmg}{k}$
故滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力做功:W克=2μmgΔx
解得:W克=$\frac{2{μ}^{2}{m}^{2}{g}^{2}}{k}$。
答:(1)C在碰撞前瞬间的速度大小为${v}_{1}=\sqrt{{v}_{0}^{2}-2μg{s}_{0}}$;
(2)C与B碰撞过程中损失的机械能为$\frac{1}{4}m{v}_{0}^{2}$-$\frac{1}{2}μmg{s}_{0}$;
(3)从C与B相碰后到A开始运动的过程中,C和B克服摩擦力所做的功为$\frac{2{μ}^{2}{m}^{2}{g}^{2}}{k}$。
解析
步骤 1:物块C滑行至与B碰撞前瞬间的速度计算
物块C从滑板最左端滑行至与B碰撞前瞬间,受到滑板与小物块间的摩擦力作用,根据动能定理,可以计算出物块C在碰撞前瞬间的速度大小。
步骤 2:物块C与B碰撞过程中的动量守恒
物块C与B发生完全非弹性碰撞,碰撞时间极短,碰撞过程中动量守恒,可以计算出碰撞后物块B与物块C一起运动的速度大小。
步骤 3:物块B与物块C碰撞过程中的机械能损失
根据能量守恒定律,可以计算出物块B与物块C碰撞过程中系统损失的机械能。
步骤 4:滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力所做的功
滑板A刚要滑动时,对滑板A,由平衡条件可以计算出弹簧的压缩量,进而计算出滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力所做的功。
物块C从滑板最左端滑行至与B碰撞前瞬间,受到滑板与小物块间的摩擦力作用,根据动能定理,可以计算出物块C在碰撞前瞬间的速度大小。
步骤 2:物块C与B碰撞过程中的动量守恒
物块C与B发生完全非弹性碰撞,碰撞时间极短,碰撞过程中动量守恒,可以计算出碰撞后物块B与物块C一起运动的速度大小。
步骤 3:物块B与物块C碰撞过程中的机械能损失
根据能量守恒定律,可以计算出物块B与物块C碰撞过程中系统损失的机械能。
步骤 4:滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力所做的功
滑板A刚要滑动时,对滑板A,由平衡条件可以计算出弹簧的压缩量,进而计算出滑板A开始运动前物块B和物块C克服摩擦力所做的功。