直立轻弹簧的下端与水平地面上质量为M=0,20kg的甲木块连接,轻弹簧上端静止于A点(如图1),再将质量也为M=0.20kg乙木块与弹簧的上端连接,当甲、乙及弹簧均处于静止状态时,

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 碰撞/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

直立轻弹簧的下端与水平地面上质量为M=0,20kg的甲木块连接,轻弹簧上端静止于A点(如图1),再将质量也为M=0.20kg乙木块与弹簧的上端连接,当甲、乙及弹簧均处于静止状态时,弹簧上端位于B点(如图2)。现向下用力压乙,当弹簧上端下降到C点时将弹簧锁定,CA两点间的距离为△l=6.0cm。一个质量为m=0.10kg的小球丙从距离乙正上方h=0.45m处自由落下(如图3),当丙与乙刚接触时,弹簧立即被解除锁定,之后,丙与乙发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后取走小球丙,当甲第一次刚离开地面时乙的速度为v=2.0m/s。求从弹簧被解除锁定至甲第一次刚离开地面时,弹簧弹性势能的改变量。(g=10m/s2

◎ 答案

减少0.16J

◎ 解析

设丙自由下落h时速度为,根据自由落体运动规律 m/s ①  1分
解除锁定后,乙与丙发生弹性碰撞,设碰后乙、丙的速度分别为,根据动量守恒定律               ②  1分
且满足                                  ③  1分
联立①②③解得   (舍去)          ④  4分
碰后,乙立即以m/s的速度从C点向下运动,从此时起直到甲第一次刚离开地面的时间内,乙在自身重力和弹簧弹力的共同作用下以B点为平衡位置做简谐运动(如图)。
 
当乙第一次回到平衡位置B时,弹簧相对原长的压缩量(图2)     ⑤  1分
当甲第一次刚离开地面时,弹簧相对原长的伸长量(图4)         ⑥  1分
由于甲第一次刚离开地面时乙的速度为v=2.0m/s,v等大反向,所以根据简谐振动的对称性可知     ⑦  3分 故 cm      ⑧1分
从碰撞结束至甲第一次刚离开地面时,对于乙和弹簧组成的系统,动能变化量为
    (2分)
根据功能关系,系统重力势能的增加量等于弹性势能的减少量 
                                                          ⑨  2分
重力势能的增加量                                   ⑩  1分
所以弹簧弹性势能的减少量为 J                     2分

◎ 知识点

    专家分析,试题“直立轻弹簧的下端与水平地面上质量为M=0,20kg的甲木块连接,轻弹簧上端静止于A点(如图1),再将质量也为M=0.20kg乙木块与弹簧的上端连接,当甲、乙及弹簧均处于静止状态时,…”主要考查了你对  【碰撞】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。