解题思路:(1)弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能完全转化为物体的动能,物体速度最大,由图乙所示图象可以求出从烧断细线到弹簧恢复原长需要的时间.
(2)当弹簧长度最大时,物体速度为零,系统机械能完全转化为弹簧的弹性势能,由图乙所示图象求出弹簧恢复原长时,物体A的速度,由动量守恒定律求出此时B的速度,然后由能量守恒定律求出弹簧长度最大时弹簧存储的弹性势能.
(3)A、B不连接,A、B与弹簧分离后分别做匀速直线运动,C与A能与发生第2次碰撞,则第一次碰撞后,C的速度应大于A的速度,由动量守恒定律与能量守恒定律求出C的速度范围.
(1)由图乙所示图象可知,在[T/4]、[T/2]+[T/4]、T+[T/4]…时刻,
即t=[1/4]T+[k/2]T,(k=0、1、2、3…)时,弹簧恢复原长.
(2)由图乙所示图象可知,弹簧恢复原长时,
vA=-4m/s,A、B组成的系统动量守恒,
从烧断细线到弹簧恢复原长的过程中,
由动量守恒定律得:mAvA+mBvB=0,
即:0.1×(-4)+0.2×vB=0,解得:vB=2m/s,
当弹簧长度最大时,系统机械能完全转化为弹簧的弹性势能,
由能量守恒定律得:弹簧的最大弹性势能:
E=[1/2]mAvA2+[1/2]mBvB2=[1/2]×0.1×(-4)2+[1/2]×0.2×22=1.2J;
(3)由图象可知,物体A、B不连接,A、B与弹簧分离后,
A的速度vA=-4m/s,方向向左,C与A发生完全弹性碰碰撞,
由动量守恒定律得:mAvA+mCv0=mAvA′+mCv,
即:0.1×(-4)+0.1×v0=0.1×vA′+0.1×v…①
由能量守恒定律得:[1/2]mAvA2+[1/2]mCv02=[1/2]mAvA′2+[1/2]mCv2,
即:[1/2]×0.1×(-4)2+[1/2]×0.1×v02=[1/2]×0.1×vA′2+[1/2]×0.1×v2 …②
C与A要发生第二次碰撞,需要满足:v>vA′…③
由①②③解得:v0>20m/s.
答:(1)从细线烧断到弹簧恢复原长运动需要的时间为:t=[1/4]T+[k/2]T(k=0、1、2、3…);
(2)弹簧长度最大时弹簧存储的弹性势能为1.2J;
(3)物体C与物体A能够发生二次碰撞,物体C初速度需要满足的条件为:v0>20m/s.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.
考点点评: 本题考查了求时间、弹簧的弹性势能、物体发生二次碰撞的条件,分析清楚物体运动过程、应用动量守恒定律、能量守恒定律即可正确解题.