(2006•江苏模拟)如图所示,光滑水平面上,质量为2m的小球B连接着轻质弹簧,处于静止;质量为m的小球A以初速度v0向
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解题思路:(1)当A、B速度相同时,弹簧的势能最大,根据动量守恒定律和能量守恒定律求出弹簧的最大弹性势能.(2)对B球与挡板碰撞前瞬间和B与挡板碰后反弹,当A、B速度相等两个过程运用动量守恒定律,通过能量守恒求出最大弹性势能与B速度的表达式.通过对B速度最大值的范围得出弹簧弹性势能最大值的范围.

(1)当A球与弹簧接触以后,在弹力作用下减速运动,而B球在弹力作用下加速运动,弹簧势能增加,当A、B速度相同时,弹簧的势能最大.

设A、B的共同速度为v,弹簧的最大势能为E,则A、B系统动量守恒:mv0=(m+2m)v①

由机械能守恒:[1/2m

v20=

1

2(m+2m)v2+E…②

联立两式得:E=

1

3m

v20]…③

(2)设B球与挡板碰撞前瞬间的速度为vB,此时A的速度为vA

系统动量守恒:mv0=mvA+2mvB…④

B与挡板碰后,以vB向左运动,压缩弹簧,当A、B速度相同(设为v)时,弹簧势能最大,为Em,则:mvA-2mvB=3mv…⑤

[1/2m

v20=

1

2×3m

v2共+Em…⑥

由④⑤两式得:v共=

v0−4vB

3]代入⑥式,化简得:Em=

8m

3[−(vB−

v0

4)2+

3

v20

16]…⑦

而当弹簧恢复原长时相碰,vB有最大值vBm,则:

mv0=mvA′+2mvBm[1/2]mv02=[1/2]mvA2+[1/2]×2mvBm2

联立以上两式得:vBm=[2/3v0即vB的取值范围为:0<

v B≤

2

3v0…⑧

结合⑦式可得:当vB=

v0

4]时,Em有最大值为:[1/2m

v20]…⑨

当vB=

2v0

3时,Em有最小值为:[1/27m

v20]

答:(1)弹簧的最大弹性势能是E=

1

3m

v20.

(2)此后弹簧的弹性势能最大值的范围为[[1/27m

v20],[1/2m

v20]].

点评:

本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题综合考查了动量守恒定律、能量守恒定律,综合性较强,对学生的能力要求较高,且多次运用动量守恒定律,是一道难题.

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