(2011?宜昌二模)如圖所示,靜止在光滑水平面上的木板,右端有一根輕質彈簧沿水平方向與木板相連,木板質量.M=3kg.質量m=1kg的鐵塊以水平速度v0=4m/s,從木板的左端沿板面向右滑行,壓縮彈簧后又被彈回,最后恰好停在木板的左端.在上述過程中彈簧具有的最大彈性勢能為( 。
分析:鐵塊從木板的左端沿板面向右滑行,當鐵塊與木板的速度相同時,彈簧壓縮最短,其彈性勢能最大.根據(jù)能量守恒列出此過程的方程.從兩者速度相同到鐵塊運動到木板的左端過程時,兩者速度再次相同,根據(jù)能量守恒定律再列出整個過程的方程.根據(jù)系統(tǒng)動量守恒可知,兩次速度相同時,鐵塊與木板的共同速度相同,根據(jù)動量守恒定律求出共同速度,聯(lián)立求解彈簧具有的最大彈性勢能.
解答:解:設鐵塊與木板速度相同時,共同速度大小為v,鐵塊相對木板向右運動時,滑行的最大路程為L,摩擦力大小為f.根據(jù)能量守恒定律得:
  鐵塊相對于木板向右運動過程:
1
2
m
v
2
0
=fL+
1
2
(M+m)v2
+EP
  鐵塊相對于木板運動的整個過程:
1
2
m
v
2
0
=2fL+
1
2
(M+m)v2

又根據(jù)系統(tǒng)動量守恒可知,mv0=(M+m)v
聯(lián)立得到:EP=3J.
故選A
點評:本題是系統(tǒng)的動量守恒和能量守恒問題,分析兩個過程進行研究,要抓住鐵塊與木板兩次共同速度相同.
練習冊系列答案
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(2011?宜昌二模)某同學在資料上發(fā)現(xiàn)彈簧振子的周期公式為T=2π
m
k
,彈簧的彈性勢能公式為成Ep=
1
2
kx2
(式中k為彈簧的勁度系數(shù),m為振子的質量,x為彈簧的形變量).為了驗證彈簧的彈性勢能公式,他設計了如圖甲所示的實驗:輕彈簧的一端固定在水平光滑木板一端,另一端連接一個質量為M的滑塊,滑塊上豎直固定一個擋光條,每當擋光條擋住從光源A發(fā)出的細光束時,傳感器B因接收不到光線就產(chǎn)生一個電信號,輸入電腦后經(jīng)電腦自動處理就能形成一個脈沖電壓波形;開始時滑塊靜止在平衡位置恰好能擋住細光束.在木板的另一端有一個彈簧槍,發(fā)射出質量為m,速度為v0的彈丸,彈丸擊中木塊后留在木塊中一起做簡諧振動.
(1)系統(tǒng)在振動過程中,所具有的最大動能Ek=
1
2
(
m2
M+m
)
v
2
0
1
2
(
m2
M+m
)
v
2
0
;
(2)系統(tǒng)振動過程中,在電腦上所形成的脈沖電壓波形如圖乙所示,由圖可知該系統(tǒng)的振動周期大小為:T=
2T0
2T0
;
(3)如果再測出滑塊振動的振幅為A,利用資料上提供的兩個公式求出系統(tǒng)振動過程中彈簧的最大彈性勢能為:Ep=
(M+m)A2π2
2
T
2
0
(M+m)A2π2
2
T
2
0

通過本實驗,根據(jù)機械能守恒,如發(fā)現(xiàn)Ek=Ep,即驗證了彈簧的彈性勢能公式的正確性

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(2011?宜昌二模)如圖所示,將質量均為m厚度不計的兩物塊A、B用輕質彈簧相連接.第一次只用手托著B物塊于H高處,A在彈簧彈力的作用下處于靜止,現(xiàn)將彈簧鎖定,此時彈簧的彈性勢能為Ep,現(xiàn)由靜止釋放A、B,B物塊著地后速度立即變?yōu)?,同時彈簧鎖定解除,在隨后的過程中B物塊恰能離開地面但不繼續(xù)上升.第二次用手拿著A、B兩物塊,使得彈簧豎直并處于原長狀態(tài),此時物塊B離地面的距離也為H,然后由靜止同時釋放A、B,B物塊著地后速度同樣立即變?yōu)?.求:
(1)第二次釋放A、B后,A上升至彈簧恢復原長時的速度υ1;
(2)第二次釋放A、B后,B剛要離地時A的速度υ2

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