Question

【题目】如图所示，光滑水平面上，质量为2m的小球B连接着轻质弹簧，处于静止；质量为m的小球A以初速度向右匀速运动，接着逐渐压缩弹簧并使B运动，过一段时间，A与弹簧分离，设小球A、B与弹簧相互作用过程中无机械能损失，弹簧始终处于弹性限度以内．求：

（1）当弹簧被压缩到最短时，A球的速度大小；

（2）弹簧的最大弹性势能；

（3）弹簧再次恢复原长时，A、B两球的速度.

Answer 1

【答案】（1）v0；（2）mv02；

（3）A球的速度大小为v0，方向向左，B球的速度大小为v0，方向向右

【解析】试题分析：（1）当A球与弹簧接触以后，在弹力作用下减速运动，而B球在弹力作用下加速运动，弹簧的弹性势能增加，当A、B速度相同时，弹簧的压缩量最大，弹性势能最大．

设A、B的共同速度为v，弹簧的最大势能为EP，取向右为正方向，A、B系统动量守恒，则有

mv0=（m+2m）v

可得 v=v0．

（2）根据系统的机械能守恒得：

EP=mv02-（m+2m）v2

联立两式得 EP=mv02

（3）设弹簧恢复原长时A和B的速度分别为v1和v2，在碰撞过程中系统的动量守恒，系统的动能守恒，则有：mv0=mv1+2mv2，

根据能量守恒定律得： mv02=mv12+2mv22

联立解得 v1=-v0，方向向左，v2=v0，方向向右．