解题思路:1、当弹簧刚好恢复原长时小球与弹簧分离,根据动量守恒和能量守恒列出等式求解
2、当小球与框架速度相等时,小球相对框架位移最大,根据动量守恒和动能定理列出等式求解
(1)当弹簧刚好恢复原长时小球与弹簧分离,设此时小球的速度为v1,框架的速度为v2,
设向右的方向为正方向,根据动量守恒和能量守恒可列出下列方程:
mv1+Mv2=(m+M)v0…①
[1/2]mv12+[1/2]Mv22-[1/2](m+M)v02=Ep-[Uq△l/L]…②
代入数值后解得:
v1=-8 m/s,v2=2 m/s
所以小球的速度方向向左,框架的速度方向向右.
(2)当小球与框架速度相等时,小球相对框架位移最大.根据动量守恒,此时两者共同速度仍为v0,
设从小球被弹开到两者速度再次相等小球对地位移为s1,框架对地位移为s2,
根据动能定理有:[1/2]mv02-[1/2]mv12=-[Uq/L]s1…③
[1/2]Mv02-[1/2]Mv22=-[Uq/L]s2…④
代入数值解得:
s1=31.5cm,s2=13.5 cm
因s1+s2=45cm=0.45m<0.5m,故小球不会碰到左侧金属板
答:(1)当小球刚好被弹簧弹开时,小球的速度大小为8 m/s,方向向左.框架的速度大小是2 m/s,速度方向向右.
(2)小球不会碰到左侧金属板.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;动能定理;机械能守恒定律.
考点点评: 本题考查了动量守恒、能量守恒和动能定理的应用,了解研究对象的运动过程是解决问题的前提,根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题.要注意小球运动过程中各个物理量的变化.