
如图所示,足够长的光滑水平地面上,有A、B两个质量分别为、
的小滑块(均可视为质点),A滑块的左右两侧各连接着一个相同的轻质弹簧,A滑块的左侧有一竖直墙面。初始时刻B滑块静止,A滑块获得水平向右的初速度
。以下碰撞过程,弹簧均在弹性限度内。
(1)若,
,
,求A滑块右侧弹簧的最大弹性势能
(2)若,
,A滑块左侧弹簧只与墙碰撞一次且右侧弹簧只与B滑块碰撞一次,求
的取值范围;
(3)若,
,B滑块右侧有一个小滑块C(可视为质点,质量未知),B、C滑块的碰撞是弹性碰撞。B滑块与弹簧分离的瞬间,给C滑块一个水平向右的瞬时初速度
,此时B、C滑块的距离
,经过时间t,B、C滑块的距离第一次为
,求t。
【答案】(1)3J
(2)
(3)
【知识点】弹簧类问题机械能转化的问题、含有动量守恒的多过程问题、利用动量守恒及能量守恒解决(类)碰撞问题
【详解】(1)当A、B两滑块共速时,弹性势能最大,由动量守恒定律有
由能量守恒定律有
以上方程代入数值解得
(2)从初始状态到B滑块与A滑块右侧弹簧分离瞬间由动量守恒及能量守恒有
,
联立解得
,
A滑块左侧弹簧要与墙碰撞,则有
解得
A右侧弹簧只能与B碰撞一次,即A滑块经过墙反弹之后,追不上B滑块
则有
解得
综上所述解得
(3)由(2)易知,当,
时,
,根据动量守恒及能量守恒B、C滑块发生碰撞并分开有
,
移项后两式相比得
即靠近时的相对速度等于远离时的相对速度,则有
,
因此t为
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