[例1] 图151中,轻弹簧的一端固定,另一端与滑块B相连,B静止在水平导轨上,弹簧处在原长状态。另一质量与B相同滑块A,从导轨上的P点以某一初速度向B滑行,当A滑过距离l1时,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B紧贴在一起运动,但互不粘连。已知最后A恰好返回出发点P并停止。滑块A和B与导轨的动摩擦因数都为μ ,运动过程中弹簧最大形变量为l2,求A从P出发时的初速度v0。
图1-5-1
[解析] 令A、B质量皆为m,A刚接触B时速度为v1 (碰前),由功能关系,有mv-mv=μmgl1 ①
A、B碰撞过程中动量守恒,令碰后A、B共同运动的速度为v2。有:mv1=2mv2 ②
碰后A、B先一起向左运动,接着A、B一起被弹回,在弹簧恢复到原长时,设A、B的共同速度为v3,在这过程中,弹簧势能始末两态都为零,利用功能关系,有:
(2m)v-(2m)v=μ(2m)g(2l2) ③
此后A、B开始分离,A单独向右滑到P点停下,由功能关系有mv=μmgl1 ④
由以上各式,解得v0=。
[答案] v0=
(1)对两个(或两个以上)物体与弹簧组成的系统,在物体瞬时碰撞时,满足动量守恒,但碰撞瞬间往往有机械能损失,而系统内物体与外界作用时,系统动量往往不守恒。在系统内物体与弹簧作用时,一般满足机械能守恒。
(2)如果同时有滑动摩擦力做功,产生摩擦热,一般考虑用能的转化和守恒。
(3)对于有竖直弹簧连接的问题,弹簧的形变量与物体高度的变化还存在一定的数量关系。
1.(双选)如图1-5-2所示,一轻质弹簧,上端悬挂于天花板,下端系一质量为M的平板,处在平衡状态,一质量为m的均匀环套在弹