有一长度为l=1m的木块A,放在足够长的水平地面上.取一无盖长方形木盒B将A罩住,B的左右内壁间的距离为L=3m.A、B质量相同,与地面间的动摩擦因数分别为uA=0.1和uB=0.2.开始

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

有一长度为l=1m的木块A,放在足够长的水平地面上.取一无盖长方形木盒B将A罩住,B的左右内壁间的距离为L=3m.A、B质量相同,与地面间的动摩擦因数分别为uA=0.1和uB=0.2.开始时A与B的左内壁接触,两者以相同的初速度v0=18m/s向右运动.已知A与B的左右内壁发生的碰撞时间极短,且不存在机械能损失,A与B的其它侧面无接触.求:
(1)开始运动后经过多长时间A、B发生第一次碰撞;
(2)第一次碰撞碰后的速度vA和vB
(3)通过计算判断A、B最后能否同时停止运动?若能,则经过多长时间停止运动?若不能,哪一个先停止运动?
(4)若仅v0未知,其余条件保持不变,要使A、B最后同时停止,而且A与B轻轻接触(即无相互作用力),则初速度v0应满足何条件?(只需给出结论,不要求写出推理过程)
魔方格

◎ 答案

(1)木块和木盒分别做匀减速运动,加速度大小分别为:aAAg=1m/s2 aBBg=2m/s2    
设经过时间T发生第一次碰撞  则有:
L-l=SA-SB=V0T-
1
2
aAT2-(V0T-
1
2
aBT2)

代入数据得:T=2s          
(2)碰前木块和木盒的速度分别为:
VA′=V0-aAT=16m/s    VB′=V0-aBT=14m/s
相碰过程动量守恒有:mvA′+mvB′=mvA+mvB
根据机械能守恒有:
1
2
mv
2A
+
1
2
mv
2B
=
1
2
m
v2A
+
1
2
m
v2B

代入数据得:vA=vB′=14m/s  方向向右                                     
vB=vA′=16m/s  方向向右                                               
(3)设第一次碰撞后又经过T1时间,两者在左端相遇有:L-l=SB-SA
SB=vB T1-
1
2
aB
T21

SA=vA T1-
1
2
aA
T21

代入数据得;T1=T=2s          
在左端相碰前:木块、木盒速度分别为:v'2A=vA-aAT'=12m/s   v'2B=vB-aBT'=12m/s
可见木块、木盒经过时间t1=2T在左端相遇接触时速度恰好相同               
同理可得:木块、木盒经过同样时间t2=2T,第二次在左端相遇 v'3A=v'3B=6m/s
木块、木盒第三次又经过同样时间t3=2T在左端相遇,速度恰好为零.由上可知:木块、木盒,最后能同时停止运动                                              
经历的时间:t=6T=12s                                                 
(4)由(2)归纳可知:v0
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