Question

【题目】如图所示，质量为m1=1kg的小物块P置于桌面上的A点并与弹簧的右端接触（不拴接），轻弹簧左端固定，且处于原长状态．质量M=3.5kg、长L=1.2m的小车静置于光滑水平面上，其上表面与水平桌面相平，且紧靠桌子右端．小车左端放有一质量m2=0.5kg的小滑块Q．现用水平向左的推力将P缓慢推至B点（弹簧仍在弹性限度内）时，撤去推力，此后P沿桌面滑到桌子边缘C时速度为2m/s，并与小车左端的滑块Q相碰，最后Q停在小车的右端，物块P停在小车上距左端0.5m处．已知AB间距离L1=5cm，AC间距离L2=90cm，P与桌面间动摩擦因数μ1=0.4，P、Q与小车表面间的动摩擦因数μ2=0.1，（g取10m/s2），求：

（1）弹簧的最大弹性势能；
（2）小车最后的速度v；
（3）滑块Q与车相对静止时Q到桌边的距离．

Answer 1

【答案】
（1）解：设弹簧的最大弹性势能为Epm

根据能量守恒得 ①

得 Epm=5.8J

答：弹簧的最大弹性势能是5.8J；

（2）设物块P与滑块Q碰后最终与小车保持相对静止，其共同速度为v

由动量守恒 m1vc=（m1+m2+M）v ②

v=0.4m/s

答：小车最后的速度v是0.4m/s；

（3）设物块P与滑块Q碰后速度分别为v1和v2，P与Q在小车上滑行距离分别为S1和S2

P与Q碰撞前后动量守恒 m1vc=m1 v1+m2 v2③

由动能定理 μ2m1gS1+μ2m2gS2= ④

由③④式联立得 v1=1m/s

v2=2m/s

方程的另一组解：当 v2′= 时，v1′= ，v1′＞v2′不合题意舍去．

设滑块Q与小车相对静止时到桌边的距离为S，Q 在小车上运动的加速度为a

由牛顿第二定律﹣μ2m2g=ma

a=﹣1m/s2

由匀变速运动规律 S=

S=1.92m

答：滑块Q与车相对静止时Q到桌边的距离是1.92m．

【解析】（1）弹簧弹性势能最大时物体运动到c点，根据能量守恒求解弹簧的最大弹性势能。
（2）物块P与滑块Q碰后最终与小车保持相对静止，速度相等过程满足动量守恒。由动量守恒求解小车最后的速度
（3）P与Q碰撞前后满足动量守恒和能量守恒。列出等式，由动能定理求出物块P与滑块Q碰后速度，再由牛顿第二定律和运动学公式求解．