Question

如圖所示，光滑水平面上有一靜止小車B，左端固定一砂箱，砂箱的右端連接一水平輕彈簧，小車與砂箱的總質(zhì)量為M₁＝1.99 kg.車上靜置一物體A，其質(zhì)量為M₂＝2.00 kg.此時(shí)彈簧呈自然長(zhǎng)度，物體A的左端的車面是光滑的，而物體A右端的車面與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.2.現(xiàn)有一質(zhì)量為m＝0.01 kg的子彈以水平速度v₀＝400 m/s打入砂箱且靜止在砂箱中，求：

(1)小車在前進(jìn)過程中，彈簧彈性勢(shì)能的最大值．

(2)為使物體A不從小車上滑下，車面的粗糙部分至少多長(zhǎng)？(g取10 m/s²)

Answer 1

解析：(1)子彈射入砂箱后，子彈、砂箱和小車獲得共同的速度，設(shè)為v₁，以子彈、砂箱和小車組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有

mv₀＝(M₁＋m)v₁

之后，小車與A通過彈簧作用又達(dá)到共同速度，設(shè)為v₂，此時(shí)彈簧壓縮最大，則對(duì)子

彈、砂箱和小車以及物體、彈簧整個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有

(M₁＋m)v₁＝(M₁＋M₂＋m)v₂

根據(jù)能量守恒，有

E_p＝(M₁＋m)v₁²－(M₁＋m＋M₂)v₂²

聯(lián)立以上三式得

E_p＝＝2 J.

(2)A被壓縮的彈簧向右推動(dòng)直到脫離彈簧后，又通過摩擦力與小車作用再次達(dá)到共同

速度，設(shè)為v₃，對(duì)小車與A組成的系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有

(M₁＋M₂＋m)v₂＝(M₁＋M₂＋m)v₃

由此得v₂＝v₃；而對(duì)物體A和彈簧組成的系統(tǒng)，根據(jù)功能關(guān)系，有μM₂gs＝E_p

解得s＝0.5 m.

答案：(1)2 J　(2)0.5 m