Question

15．如圖所示，光滑水平直導(dǎo)軌上有三個(gè)質(zhì)量均為m的物塊A、B、C，物塊B、C靜止，物塊B的左側(cè)固定一輕彈簧（彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)量不計(jì)）；讓物塊A以速度v₀朝B運(yùn)動(dòng)，壓縮彈簧；當(dāng)A、B速度相等時(shí)，B與C恰好相碰并粘接在一起，然后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．假設(shè)B和C碰撞過(guò)程時(shí)間極短．那么從A開(kāi)始?jí)嚎s彈簧直至與彈簧分離的過(guò)程中，求．
（1）A、B第一次速度相同時(shí)的速度大�。�
（2）A、B第二次速度相同時(shí)的速度大��；
（3）彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能大�。�

Answer 1

分析 （1）A、B接觸的過(guò)程中，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出A、B第一次速度相同時(shí)的速度大�。�
（2）B與C粘接過(guò)程，B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，求出粘接后瞬間B、C的共同速度，之后，對(duì)于三個(gè)物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒．根據(jù)動(dòng)量守恒定律，求出三者共同的速度．
（3）當(dāng)三個(gè)物體的速度相同時(shí)，彈簧壓縮到最短，根據(jù)能量守恒求出彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能．

解答 解：（1）對(duì)A、B接觸的過(guò)程中，當(dāng)?shù)谝淮嗡俣认嗤瑫r(shí)，取向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律得：mv₀=2mv₁，
解得：v₁=$\frac{1}{2}$v₀
（2）設(shè)A、B第二次速度相同時(shí)的速度大小v₂，對(duì)ABC系統(tǒng)，取向右為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得：mv₀=3mv₂
解得：v₂=$\frac{1}{3}$v₀
（3）B與C接觸的瞬間，B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有：m•$\frac{1}{2}$v₀=2mv₃
解得，BC粘接后瞬間共同速度為：v₃=$\frac{1}{4}$v₀
當(dāng)A、B、C速度相同時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能最大．此時(shí)有：v₂=$\frac{1}{3}$v₀
根據(jù)能量守恒定律得，彈簧的最大彈性勢(shì)能為：E_pm=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}-\frac{1}{2}×2m×（\frac{{v}_{0}}{2}）^{2}$+$\frac{1}{2}$mv₁²+$\frac{1}{2}$•2mv₃²-$\frac{1}{2}$•3mv₂²．
聯(lián)立解得：E_pm=$\frac{13}{48}$mv₀²．
答：
（1）A、B第一次速度相同時(shí)的速度大小是$\frac{1}{2}$v₀；
（2）A、B第二次速度相同時(shí)的速度大小是$\frac{1}{3}$v₀；
（3）彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能大小是$\frac{13}{48}$mv₀²．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，關(guān)鍵合理地選擇研究的系統(tǒng)，分過(guò)程運(yùn)用動(dòng)量守恒進(jìn)行求解．