Question

如圖所示，粗糙斜面與光滑水平面通過(guò)半徑可忽略的光滑小圓弧平滑連接，斜面傾角 θ=37°，A、C、D滑塊的質(zhì)量為 m_A=m_C=m_D=m=1kg，B滑塊的質(zhì)量 m_B=4m=4kg（各滑塊均視為質(zhì)點(diǎn)）．A、B間夾著質(zhì)量可忽略的火藥．K為處于原長(zhǎng)的輕質(zhì)彈簧，兩端分別連接住B和C．現(xiàn)點(diǎn)燃火藥（此時(shí)間極短且不會(huì)影響各物體的質(zhì)量和各表面的光滑程度），此后，發(fā)現(xiàn)A與D相碰后粘在一起，接著沿斜面前進(jìn)了L=0.8m 時(shí)速度減為零，此后設(shè)法讓它們不再滑下．已知滑塊A、D與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 μ=0.5，取 g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：
（1）火藥炸完瞬間A的速度v_A；
（2）滑塊B、C和彈簧K構(gòu)成的系統(tǒng)在相互作用過(guò)程中，彈簧的最大彈性勢(shì)能E_p．（彈簧始終未超出彈性限度）．

Answer 1

【答案】分析：（1）欲求A的速度首先解決AD整體沿斜面上滑的初速度，應(yīng)用動(dòng)能定理即可求，然后利用動(dòng)量守恒求出A的速度．
（2）B與C相互作用，當(dāng)兩者共速為V′時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能最大，由B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒求出共同的速度，
由能量守恒知B與C動(dòng)能的減少量就是彈簧的彈性勢(shì)能．
解答：解：（1）設(shè)A和D碰完時(shí)的速度v₁，AD系統(tǒng)沿斜面滑上，由動(dòng)能定理，
-（m_A+m_D）gsinθ?L-μ（m_A+m_D）gcosθ?L=0-（m_A+m_D）    
得：V₁=
代入數(shù)據(jù)得V₁=4m/s            
炸藥爆炸完畢時(shí)，設(shè)A的速度v_A，由動(dòng)量守恒定律有：
m_AV_A=（m_A+m_D）v₁ 
得：v_A=8 m/s               
（2）炸藥爆炸過(guò)程，對(duì)A和B系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒定律，設(shè)B獲得的速度為v_B，
有：-m_AV_A+m_BV_B=0  
得：v_B=2 m/s                
B與C相互作用，當(dāng)兩者共速為V′時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能最大，由B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒，
有：m_BV_B=（m_B+m_c）v′
解得：v′=1.6m/s       
彈簧的最大彈性勢(shì)能為：E_P=-（m_B+m_c）V′²   
代入數(shù)據(jù)得：E_P=1.6 J
答：（1）火藥炸完瞬間A的速度V_A=8m/s；
   （2）彈簧的最大彈性勢(shì)能E_P=1.6J
點(diǎn)評(píng)：本題是一道反復(fù)考查動(dòng)量守恒、功能關(guān)系和動(dòng)能定理的題目，關(guān)鍵是正確分析每個(gè)分過(guò)程列出方程，
特別是B與C的作用過(guò)程．是一道好題．