Question

如圖所示，質(zhì)量為2kg的物塊A（可看作質(zhì)點(diǎn)），開始放在長(zhǎng)木板B的左端，B的質(zhì)量為1kg，可在水平面上無(wú)摩擦滑動(dòng)，水平地面上有兩個(gè)固定的豎直擋板M N，現(xiàn)A、B以相同的速度v₀=6m/s向左運(yùn)動(dòng)并與擋板M發(fā)生碰撞．B 與M碰后速度立即變?yōu)榱悖�但不與M粘接；A與M碰撞沒有能量損失，碰后接著返向N板運(yùn)動(dòng)，且在與N板碰撞之前，A、B均能達(dá)到共同速度并且立即被鎖定，與N板碰撞后A、B一并原速反向，并且立刻解除鎖定．A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1．通過(guò)計(jì)算回答下列問題：g取10m/s²
（1）在與N板發(fā)生第一次碰撞之前A、B的共同速度大小是多少？
（2）在與N板發(fā)生第一次碰撞之前A相對(duì)于B向右滑行距離△S₁是多少？
（3）A和B最終停在何處？A在B上一共通過(guò)了多少路程？

Answer 1

分析：（1）由題，AB第一次與擋板碰后，A原速率返回，B的速度減至零，在與N板發(fā)生第一次碰撞之前，兩者已達(dá)到共同速度，根據(jù)動(dòng)量守恒求出共同速度的大小；
（2）從與M板碰后到與N板發(fā)生第一次碰撞之前，對(duì)于AB系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)能定理求解A相對(duì)于B向右滑行距離△S₁．
（3）由于每次與M板碰撞后，B靜止，A原速率返回，采用歸納法研究各段過(guò)程A在B上通過(guò)的路程，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得到相對(duì)運(yùn)動(dòng)的總路程．

解答：解：（1）AB第一次與擋板碰后，A返回速度為v₀
由動(dòng)量守恒定律得：m_A v₀=（m_A+m_B） v₁
∴v₁=

mAv0

mA+mB

=4m/s
（2）A相對(duì)于B滑行△S₁
由動(dòng)能定理得：
  μm_Ag△S₁=

1

2

mAv₀²-

1

2

（m_A+m_B） v₁²
△S₁═6m  
（3）A與M第一次碰撞速度為v₁（v₁=v₀）
  m_A v₁=（m_A+m_B） v₁′
∴v₁′=

2

3

v₁ 
A相對(duì)于B滑行△S₁
  μm_Ag△S₁=

1

2

mAv₁²

1

2

（m_A+m_B） v₁^/2
△S₁=

v12

6

當(dāng)B再次與M相碰而靜止時(shí)，A相對(duì)于B能滑行的最大距離為S_m1
  0-v₁^/2=-2μg S_m1
  S_m1=

2v12

9

＞△S₁
同理 每次以共同速度相碰，A都能相對(duì)B滑行到與M相碰，最終都停在M處
A與M第二次碰撞速度為v₂
則有：v₂²-v₁^/2=-2μg△S₁ 
  v₂²=

4

9

v₁²-2μg△S₁=

4

9

×6△S₁-2△S₁=

2

3

△S₁
同理△S₂=

v22

6

=

1

9

△S₁ 
依此類推△S₃═

1

9

△S₂
△S=（△S₁+△S₂+△S₃+…）×2=

27

2

m 
答：
（1）在與N板發(fā)生第一次碰撞之前A、B的共同速度大小是4m/s．
（2）在與N板發(fā)生第一次碰撞之前A相對(duì)于B向右滑行距離△S₁是6m．
（3）A和B最終都停在M處，A在B上一共通過(guò)了

27

2

m．

點(diǎn)評(píng)：本題是物理上數(shù)列類型，關(guān)鍵要研究物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，運(yùn)用動(dòng)量守恒和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得到各段路程的規(guī)律，再由數(shù)學(xué)知識(shí)求出相對(duì)總路程．