(2014?南昌模拟)如图所示,质量为M的平板小车静止在光滑的水平地面上,小车左端放一个质量为m的木块,小车的右端固定一个轻质弹簧.现给木块一个水平向右的瞬时冲量I,木块便沿小

时间:2024-04-30 22:00:12 5A范文网 浏览: 平时作业 我要投稿

问题描述:

(2014?南昌模拟)如图所示,质量为M的平板小车静止在光滑的水平地面上,小车左端放一个质量为m的木块,小车的右端固定一个轻质弹簧.现给木块一个水平向右的瞬时冲量I,木块便沿小车向右滑行,在与弹簧作用后又沿原路返回,并且恰好能到达小车的左端.试求:
①木块返回到小车左端时小车的动能;
②弹簧获得的最大弹性势能.

最佳答案

①选小车和木块整体为研究对象,由于m受到冲量I之后系统水平方向不受外力作用,系统动量守恒,设系统的末速度为v,则
I=mv0=(M+m)v
小车的动能为Ek=

1
2
Mv2=
MI2
2(M+m)2

②根据动量定理得,I=mv0,
则木块的初速度v0=
I
m

当弹簧具有最大弹性势能Ep时,小车和木块具有共同速度,即为v.设木块从小车左端运动到弹簧弹性势能最大的过程中,摩擦生热Wf,在此过程中,由能量守恒得
1
2
m(
I
m
)2=Ep+Wf+
1
2
(M+m)(
I
M+m
)2
当木板返回到小车左端时,由能量守恒得
1
2
m(
I
m
)2=2Wf+
1
2
(M+m)(
I
M+m
)2
联立得Ep=
Ml2
4(M+m)

答:①木块返回到小车左端时小车的动能为
MI2
2(M+m)2

②弹簧获得的最大弹性势能为Ep=
Ml2
4(M+m)

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