一轻质弹簧,两端连接两滑块A和B,已知mA=0.99kg,mB=3kg,放在光滑水平桌面上,开始时弹簧处于原长.现滑块A被水平飞来的质量为mC=10g,速度为400m/s的子弹击中,且没有穿出,如图所示,试

问题描述:

一轻质弹簧,两端连接两滑块A和B,已知mA=0.99kg,mB=3kg,放在光滑水平桌面上,开始时弹簧处于原长.现滑块A被水平飞来的质量为mC=10g,速度为400m/s的子弹击中,且没有穿出,如图所示,试求:

(1)子弹击中A的瞬间A和B的速度
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能
(3)B可获得的最大动能.

(1)子弹击中滑块A的过程,子弹与滑块A组成的系统动量守恒有:
mCv0=(mC+mA)vA
 解得:vA=4m/s
子弹与A作用过程时间极短,B没有参与,速度仍为零,故:vb=0.
故子弹击中A的瞬间A和B的速度分别为:vA=4m/s,vb=0.
(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹性势能最大.
根据动量守恒定律和功能关系可得:
mCv0=(mC+mA+mB)v
由此解得:v=1m/s
根据功能关系可得:
EP

1
2
(mC+mA)vA2
1
2
(mC+mA+mB)v2=6 J  
故弹簧的最大弹性势能为6J.
(3)设B动能最大时的速度为vB′,A的速度为vA′,则
(mC+mA)vA=(mC+mA)vA′+mBvB
当弹簧恢复原长时,B的动能最大,根据功能关系有:
1
2
(mC+mA)
v 2A
=
1
2
(mC+mA)
v ′A
2
+
1
2
mB
v ′B
2

解得:
v ′B
8(mC+mA
(mC+mA)+mB
=2m/s
B获得的最大动能:
EKB
1
2
mB 
v ′B
2
=6
J.
故B可获得的最大动能为:EKB=6J.