如图所示,质量为2kg的物块A(可看作质点),开始放在长木板B的左端,B的质量为1kg,可在水平面上无摩擦滑动,两端各有一竖直挡板MN,现A、B以相同的速度v0=6m/s向左运动并与挡

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,质量为2kg的物块A(可看作质点),开始放在长木板B的左端,B的质量为1kg,可在水平面上无摩擦滑动,两端各有一竖直挡板M N,现A、B以相同 的速度v0=6m/s向左运动并与挡板M发生碰撞.B与M碰后速度立即变为零,但不与M粘接;A与M碰撞没有能量损失,碰后接着返向N板运动,且在与N板碰撞之前,A、B均能达到共同速度并且立即被锁定,与N板碰撞后A、B一并原速反向,并且立刻解除锁定.A、B之间的动摩擦因数μ=0.1.通过计算求下列问题:
(1)A与挡板M能否发生第二次碰撞?
(2)A和最终停在何处?
(3)A在B上一共通过了多少路程?
魔方格

◎ 答案

(1)第一次碰撞后A以v0=6 m/s速度向右运动,B的初速度为0,与N板碰前达共同速度v1,则mA v0=(mA+mB)v1 
 v1=4m/s
系统克服阻力做功损失动能E1=
1
2
mAv02-
1
2
(mA+mB)
v12=36-24=12J
因与N板的碰撞没有能量损失,A、B与N板碰后返回向左运动,此时A的动能EA′=
1
2
×2×42=16J>△E1

 因此,当B先与M板碰撞停住后,A还有足够能量克服阻力做功,并与M板发生第二次碰撞.所以A可以与挡板M发生第二次碰撞.    
(2)设第i次碰后A的速度为vi,动能为EAi,达到共同速度后A的速度为vi′动能为EAi′同理可求
vi′=
2
3
vi

EAi′=
4
9
EAi

EBi′=
1
2
EAi′=
2
9
EAi

单程克服阻力做功Wfi=EAi-EAi′-EBi′=
1
3
EAi
<EAi
因此每次都可以返回到M板,最终停靠在M板前.
(3)由(2)的讨论可知,在每完成一个碰撞周期中损失的总能量均能满足
Ei=2Wfi+EBi′=
2
3
EAi
+
2
9
EAi=
8
9
EAi

(即剩余能量为
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