如图所示,光滑水平面MN上放两相同小物块A、B,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带理想连接,传送带水平部分长度L=8m,沿逆时针方向以恒定速度v=6m/s匀速转动。物块A、B(大小不计)与传送带间的动摩擦因数
。物块A、B质量mA=mB=1kg。开始时A、B静止,A、B间压缩一轻质弹簧,贮有弹性势能Ep=16J。现解除锁定,弹开A、B。求:
(1)物块B沿传送带向右滑动的最远距离。
(2)物块B滑回水平面MN的速度
。
(3)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互换速度,则弹射装置P必须给A做多少功才能让AB碰后B能从Q端滑出。

【解析】试题包括四个物理过程:①弹簧解除锁定,AB相互弹开的过程,系统动量、机械能守恒。②B滑上传送带匀减速运动的过程,用动能定理或动力学方法都可以求解。③B随传送带匀加速返回的过程,此过程可能有多种情况,一直匀加速,先匀加速再匀速。④B与A的碰撞过程。遵守动量守恒定律。
(1)解除锁定弹开AB过程中,系统机械能守恒:
①
由动量守恒有: mAvA=mBvB ② 由①②得:
m/s
m/s
B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远。由动能定理得:
③ 所以
m
(2)物块B沿传送带向左返回时,先匀加速运动,物块速度与传送带速度相同时一起匀速运动,物块B加速到传送带速度v需要滑动的距离设为
,
由
④ 得
9m
说明物块B滑回水平面MN的速度没有达到传送带速度,
=4m/s
(3)设弹射装置给A做功为
,
⑤
AB碰后速度互换,B的速度
=
⑥
B要滑出平台Q端,由能量关系有:
. ⑦ 又mA=mB
所以,由⑤⑥⑦得
⑧
解得 W ≥ 8 J
【点评】本题是一道动量、能量与动力学相结合的试题。试题的物理情景考生并不陌生,是对“传送带”类试题的创新。此类试题能够很好地将主干知识和基本方法揉合在一起进行考查,是一道难得的试题。从题目包含的考点看,涉及到受力分析、牛顿运动定律、运动学公式,动量、能量守恒等多个主干知识点,从题目包含的物理过程看,涉及到碰撞、匀变速运动等基本物理过程。试题较好地体现了《大纲》规定的对考生理解、推理、分析综合、应用数学处理物理问题等能力的考查要求。