(1)小物塊與小車碰撞前瞬間的速度是多大?
(2)小車做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧最大彈性勢(shì)能是多少?小車的最大速度為多大?
(3)小物塊最終停在距O點(diǎn)多遠(yuǎn)處?當(dāng)小物塊剛停下時(shí)小車左端運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的哪一側(cè)?
解析:(1)設(shè)碰撞前瞬間,小物塊b的速度為v1
小物塊從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到剛要與小車發(fā)生碰撞的過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理可知
Fs-μmgs=mv12 ①
解得v1=6 m/s. ②
(2)由于小車簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅是0.2 m,所以彈簧的最大形變量為x=A=0.2 m
根據(jù)彈性勢(shì)能的表達(dá)式可知最大彈性勢(shì)能Epm=kA2 ③
解得Epm=4 J ④
根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知小車的最大動(dòng)能應(yīng)等于彈簧的最大彈性勢(shì)能,
所以kA2=Mvm2 ⑤
解得小車的最大速度vm=1 m/s. ⑥
(3)小物塊b與小車a碰撞后,小車a的速度為vm,設(shè)此時(shí)小物塊的速度為v1′,設(shè)向右為正方向,由動(dòng)量守恒定律有mv1=mv1′+Mvm ⑦
解得v1′=-2 m/s ⑧
接著小物塊b向左做勻減速運(yùn)動(dòng)一直到停止,設(shè)位移是s1,所經(jīng)歷的時(shí)間為t1,根據(jù)動(dòng)能定理可知-μmgs1=0-mv1′2 ⑨
解得s1=1 m ⑩
物塊做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為a==μg=2 m/s2 11
t1==1 s 12
小車a振動(dòng)的周期T=2π≈1.26 s 13
由于T>t1>T,所以小車a在小物塊停止時(shí)在O點(diǎn)的左側(cè),并向右運(yùn)動(dòng). 14
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