如图所示,在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块A、B、C,质量分别为mA=1kg,mB=1kg,mC=2kg,其中B与C用一个轻弹簧固定连接,开始时整个装置处于静止状态;A和B之间有少许塑胶炸药,A的左边有一个弹性挡板(小木块和弹性挡板碰撞过程没有能量损失).现在引爆塑胶炸药,若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为A和B沿轨道方向的动能,A和B分开后,A恰好在B、C之间的弹簧第一次恢复到原长时追上B,并且与B发生碰撞后粘在一起.求:(1)在A追上B之前弹簧弹性势能的最大值;(2)A与B相碰以后弹簧弹性势能的最大值.

问题描述:

如图所示,在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块A、B、C,质量分别为mA=1kg,mB=1kg,mC=2kg,其中B与C用一个轻弹簧固定连接,开始时整个装置处于静止状态;A和B之间有少许塑胶炸药,A的左边有一个弹性挡板(小木块和弹性挡板碰撞过程没有能量损失).现在引爆塑胶炸药,若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为A和B沿轨道方向的动能,A和B分开后,A恰好在B、C之间的弹簧第一次恢复到原长时追上B,并且与B发生碰撞后粘在一起.求:

(1)在A追上B之前弹簧弹性势能的最大值;
(2)A与B相碰以后弹簧弹性势能的最大值.

(1)塑胶炸药爆炸瞬间取A和B为研究对象,假设爆炸后瞬间A、B的速度大小分别为vA、vB,取向右为正方向由动量守恒:-mAvA+mBvB=0        爆炸产生的热量有9J转化为A、B的动...
答案解析:(1)炸药爆炸时,A、B分离,该过程中A、B动量守恒,爆炸产生的能量转化为A、B的动能.爆炸后,以B、C弹簧组成的系统为研究对象,系统水平方向动量守恒,当弹簧压缩最短时弹性势能最大,根据系统的机械能守恒求解.
(2)A反弹后,当A与B碰撞瞬间动量守恒,碰后成为一个整体.先以B、C组成的系统为研究对象,根据动量守恒和机械能守恒求出弹簧第一次恢复到原长时B、C的速度大小.再以A、B、C三者以及弹簧组成的系统为研究对象,系统动量守恒,当三者速度相等时,弹簧弹性势能最大,由动量守恒和机械能守恒列式求解.
考试点:动量守恒定律;弹性势能;机械能守恒定律.


知识点:本题考查了与弹簧有关的动量、能量问题,有一定综合性,易错点在于A反弹后与B碰撞过程中有能量损失,很多学生容易忽略这点,导致错误.