Question

光滑水平面上放着质量m_A=lkg的物块A与质量m_B=2kg的物块B，A与B均可视为质点，A靠在竖直墙壁上，A、B间夹一个被压缩的轻弹簧（弹簧与A、B均不拴接），用手挡住B不动，此时弹簧弹性势能E_P=49J．在A、B间系一轻质细绳，细绳长度大于弹簧的自然长度，如图所示．放手后B向右运动，绳在短暂时间内被拉断，之后B冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道，其半径R=0.5m，B恰能到达最高点C．取g=l0m/s²，求
（1）绳拉断后B的速度V_B的大小；
（2）绳拉断过程绳对B的冲量I的大小；
（3）绳拉断过程绳对A所做的功W．

Answer 1

（1）设B在绳被拉断后瞬时的速率为v_B，到达C点的速率为v_C，
根据B恰能到达最高点C有：
　　F_向=m_Bg=m_B

v 2c

R

-----①
对绳断后到B运动到最高点C这一过程应用动能定理：
-2m_BgR=

1

2

m_Bv_c²-

1

2

m_Bv_B²---------②
　由①②解得：v_B=5m/s．
　　（2）设弹簧恢复到自然长度时B的速率为v₁，取向右为正方向，
　　弹簧的弹性势能转化给B的动能，Ep=

1

2

m_Bv₁²------③
    根据动量定理有：I=m_Bv_B-m_Bv₁ -----------------④
   由③④解得：I=-4 N?s，其大小为4N?s
　　（3）设绳断后A的速率为v_A，取向右为正方向，
  根据动量守恒定律有：m_Bv₁=m_Bv_B+m_Av_A-----⑤
 根据动能定理有：W=

1

2

m_Av_A²------⑥
　由⑤⑥解得：W=8J
答：（1）绳拉断后B的速度V_B的大小是5m/s；
（2）绳拉断过程绳对B的冲量I的大小是4N?s；
（3）绳拉断过程绳对A所做的功W是8J．