Question

如圖所示，光滑水平面上有A、B、C三個(gè)物塊，其質(zhì)量分別為m_A=2.0kg，m_B=1.0kg，m_C=1.0kg．現(xiàn)用一輕彈簧將A、B兩物塊連接，并用力緩慢壓縮彈簧使A、B兩物塊靠近，此過程外力做功108J（彈簧仍處于彈性限度內(nèi)），然后同時(shí)釋放A、B，彈簧開始逐漸變長，當(dāng)彈簧剛好恢復(fù)原長時(shí)，C恰以4m/s的速度迎面與B發(fā)生碰撞并粘連在一起．求
（1）彈簧剛好恢復(fù)原長時(shí)（B與C碰撞前）A和B物塊速度的大小？
（2）當(dāng)彈簧第二次被壓縮時(shí)，彈簧具有的最大彈性勢(shì)能為多少？

Answer 1

（1）彈簧剛好恢復(fù)原長時(shí)，A和B物塊速度的大小分別為υ_A、υ_B．
由動(dòng)量守恒定律有：0=m_Aυ_A-m_Bυ_B
此過程機(jī)械能守恒有：E_p=

1

2

m_Aυ_A²+

1

2

m_Bυ_B²
代入E_p=108J，解得：υ_A=6m/s，υ_B=12m/s，A的速度向右，B的速度向左．
（2）C與B碰撞時(shí)，C、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)碰后B、C粘連時(shí)速度為υ′，則有：
m_Bυ_B-m_Cυ_C=（m_B+m_C）υ′，代入數(shù)據(jù)得υ′=4m/s，υ′的方向向左．
此后A和B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，當(dāng)彈簧第二次壓縮最短時(shí)，彈簧具有的彈性勢(shì)能最大，設(shè)為E_p′，且此時(shí)A與B、C三者有相同的速度，設(shè)為υ，則有：
動(dòng)量守恒：m_Aυ_A-（m_B+m_C）υ′=（m_A+m_B+m_C）υ，
代入數(shù)據(jù)得υ=1m/s，υ的方向向右．?
機(jī)械能守恒：

1

2

m_Aυ_A²+

1

2

（m_B+m_C）υ^′2=E_p′+

1

2

（m_A+m_B+m_C）υ²，
代入數(shù)據(jù)得E′_p=50J．
答：（1）彈簧剛好恢復(fù)原長時(shí)（B與C碰撞前）A的速度為6m/s，B物塊速度大小12m/s．
（2）當(dāng)彈簧第二次被壓縮時(shí)，彈簧具有的最大彈性勢(shì)能為50J．