题目
2-35 如图所示,m1、m2静止在光滑的水平面上,用劲-|||-度系数为k的弹簧相连,弹簧处于自由伸展状态,一颗质量-|||-为m、水平速率为v0的子弹入射到m1内问弹簧最多被压缩-|||-多长?-|||-m v0 k-|||-m m2-|||-""

题目解答
答案

解析
考查要点:本题综合考查动量守恒定律和机械能守恒定律的应用,涉及弹簧压缩问题中的能量转化。
解题核心思路:
- 分阶段分析:将问题分为两个阶段:
- 第一阶段:子弹射入木块$m_1$,形成完全非弹性碰撞,利用动量守恒求碰撞后的共同速度。
- 第二阶段:弹簧压缩到最大时,系统($m_1$、子弹、$m_2$)速度相同,此时弹性势能最大,利用机械能守恒求最大压缩量。
- 关键点:明确两个阶段的动量守恒和机械能守恒条件,正确建立方程。
第一阶段:子弹射入$m_1$
动量守恒:
子弹与$m_1$碰撞过程中,水平方向外力为零,总动量守恒:
$m v_0 = (m + m_1) v_1$
解得碰撞后共同速度:
$v_1 = \frac{m v_0}{m + m_1}$
第二阶段:弹簧压缩到最大
动量守恒:
当弹簧压缩到最大时,$m_1$、子弹、$m_2$速度相同,设为$v_2$。总动量守恒:
$(m + m_1) v_1 = (m + m_1 + m_2) v_2$
代入$v_1$得:
$v_2 = \frac{m v_0}{m + m_1 + m_2}$
机械能守恒:
初始动能为$(m + m_1)$的动能,最终动能为三者共同动能,差值为弹簧弹性势能:
$\frac{1}{2}(m + m_1)v_1^2 - \frac{1}{2}(m + m_1 + m_2)v_2^2 = \frac{1}{2}k x^2$
代入$v_1$和$v_2$,化简得:
$x = \sqrt{\frac{m^2 m_2 v_0^2}{k(m + m_1)(m + m_1 + m_2)}}$