Question

如圖所示，在足夠長的光滑水平軌道上靜止三個(gè)小木塊A、B、C，質(zhì)量分別為m_A=1kg，m_B=1kg，m_C=2kg，其中B與C用一個(gè)輕彈簧固定連接，開始時(shí)整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)；A和B之間有少許塑膠炸藥，A的左邊有一個(gè)彈性擋板（小木塊和彈性擋板碰撞過程沒有能量損失）．現(xiàn)在引爆塑膠炸藥，若炸藥爆炸產(chǎn)生的能量有E=9J轉(zhuǎn)化為A和B沿軌道方向的動(dòng)能，A和B分開后，A恰好在B、C之間的彈簧第一次恢復(fù)到原長時(shí)追上B，并且與B發(fā)生碰撞后粘在一起．求：

（1）在A追上B之前彈簧彈性勢能的最大值；

（2）A與B相碰以后彈簧彈性勢能的最大值．

Answer 1

（1）3J；（2）0.5J

解析:

（1）塑膠炸藥爆炸瞬間取A和B為研究對象，假設(shè)爆炸后瞬間A、B的速度大小分別為v_A、v_B，取向右為正方向

由動(dòng)量守恒：－m_Av_A+m_Bv_B=0

爆炸產(chǎn)生的熱量由9J轉(zhuǎn)化為A、B的動(dòng)能

代入數(shù)據(jù)解得v_A =v_B =3m/s

由于A在炸藥爆炸后再次追上B的時(shí)候彈簧恰好第一次恢復(fù)到原長，則在A追上B之前彈簧已經(jīng)有一次被壓縮到最短（即彈性勢能最大），爆炸后取B、C和彈簧為研究系統(tǒng)，當(dāng)彈簧第一次被壓縮到最短時(shí)B、C達(dá)到共速v_BC，此時(shí)彈簧的彈性勢能最大，設(shè)為E_p1．

由動(dòng)量守恒，得m_Bv_B=（m_B+m_C）v_BC

由機(jī)械能守恒，得

代入數(shù)據(jù)得E_P1=3J

（2）設(shè)B、C之間的彈簧第一次恢復(fù)到原長時(shí)B、C的速度大小分別為v_B1和v_C1，則由動(dòng)量守恒和能量守恒：

m_Bv_B=m_Bv_B1+m_Cv_C1

代入數(shù)據(jù)解得：v_B1=－1m/s，v_C1=2m/s

（v_B1 =3m/s，v_C1=0m/s不合題意，舍去．）

A爆炸后先向左勻速運(yùn)動(dòng)，與彈性擋板碰撞以后速度大小不變，反向彈回．當(dāng)A追上B，發(fā)生碰撞瞬間達(dá)到共速v_AB

由動(dòng)量守恒，得m_Av_A+m_Bv_B1=（m_A+m_B）v_AB

解得v_AB =1m/s

當(dāng)A、B、C三者達(dá)到共同速度v_ABC時(shí)，彈簧的彈性勢能最大為E_P2

由動(dòng)量守恒，得（m_A+m_B）v_AB+m_Cv_C1=（m_A+m_B+m_C）v_ABC

由能量守恒，得

代入數(shù)據(jù)得E_P2 =0.5J