Question

4．如圖所示，在足夠長(zhǎng)的光滑水平軌道上有兩個(gè)小木塊A、C及長(zhǎng)木板B，質(zhì)量分別為m_A、m_B、m_C，且m_A=m_B=1.0kg，m_C=2.0kg，其中B與C之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，開(kāi)始時(shí)整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．C位于B的最右端．A和B之間有少許塑膠炸藥，A的左邊有一個(gè)彈性擋板．現(xiàn)在引爆塑膠炸藥，若炸藥爆炸產(chǎn)生的能量中有E=9.0J轉(zhuǎn)化為A和B的動(dòng)能，A和B分開(kāi)后，A和彈性擋板發(fā)生碰撞（忽略碰撞過(guò)程中的能量損失），在BC達(dá)到等速后在追上B，并且與B發(fā)生碰撞后粘在一起．最后C恰好停在B的左端，重力加速度取g=10m/s²．求：
（1）塑膠炸藥爆炸后瞬間A與B的速度各為多大；
（2）在A剛追上B時(shí)C的速度大��；
（3）木板B的長(zhǎng)度．

Answer 1

分析 （1）炸藥爆炸時(shí)，A、B分離，該過(guò)程中A、B動(dòng)量守恒，爆炸產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為A、B的動(dòng)能，依據(jù)動(dòng)量守恒和功能關(guān)系可正確解答．
（2）在BC達(dá)到等速后在追上B，依據(jù)BC系統(tǒng)動(dòng)量守恒求解
（3）根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)量守恒和能量守恒列車等式求解．

解答 解：（1）塑膠炸藥爆炸瞬間取A和B為研究對(duì)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)量守恒定律：
m_Bv_B-m_Av_A=0             
爆炸產(chǎn)生的熱量有9J轉(zhuǎn)化為A、B的動(dòng)能，有：E=$\frac{1}{2}$m_A${v}_{A}^{2}$+$\frac{1}{2}$m_B${v}_{B}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得：v_A=v_B=3.0 m/s    
故塑膠炸藥爆炸后瞬間A與B的速度為：v_A=v_B=3.0 m/s．
（2）A在BC達(dá)到等速后在追上B，取向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律：
m_Bv_B=（m_B+m_C）v
v=1m/s，
所以在A剛追上B時(shí)C的速度大小是1m/s，
（3）在BC達(dá)到等速時(shí)，C相對(duì)于B滑行的距離為△x₁，根據(jù)能量守恒得：
f△x₁=$\frac{1}{2}$m_B${v}_{B}^{2}$-$\frac{1}{2}$（m_B+m_C）v²
解得△x₁=0.75m，
在BC達(dá)到等速后在追上B，并且與B發(fā)生碰撞后粘在一起，
取向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律：
m_Av_A+m_Bv=（m_A+m_B）v′
v′=2m/s，
最后C恰好停在B的左端，取向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律：
（m_A+m_B）v′+m_Cv=（m_A+m_B+m_C）v″
v″=1.5m/s，
根據(jù)能量守恒得
f△x₂=$\frac{1}{2}$（m_A+m_B）v′²+$\frac{1}{2}$m_Cv²-$\frac{1}{2}$（m_A+m_B+m_C）v″²
△x₂=0.125m
所以木板B的長(zhǎng)度L=0.75+0.125=0.875m；
答：（1）塑膠炸藥爆炸后瞬間A與B的速度都是3.0m/s；
（2）在A剛追上B時(shí)C的速度大小是1m/s；
（3）木板B的長(zhǎng)度是0.875m；

點(diǎn)評(píng) 本題木塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程較復(fù)雜，分析清楚物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程是正確解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律即可正確解題．