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光滑的水平面上,用弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以V0=6m/s的速度向右运动,弹簧处于原长,质量为4kg的物块C静止在前方,如图所示。B与C碰撞后二者粘在一起运动,在以后的运动中,当弹簧的弹性势能达到最大为__________J时,物块A的速度是_________m/s。

答案

当弹簧的弹性势能达到最大为EP=12J时,物块A的速度V=3 m/s。


解析:

本题是一个“三体二次作用”问题:“三体”为A、B、C三物块。“二次作用”过程为第一次是B、C二物块发生短时作用,而A不参加,这过程动量守恒而机械能不守恒;第二次是B、C二物块作为一整体与A物块发生持续作用,这过程动量守恒机械能也守恒。

对于第一次B、C二物块发生短时作用过程,设B、C二物块发生短时作用后的共同速度为VBC,则据动量守恒定律得:

(1)

对于第二次B、C二物块作为一整体与A物块发生持续作用,设发生持续作用后的共同速度为V,则据动量守恒定律和机械能守恒定律得:

mAV0+(2)

(3)

由式(1)、(2)、(3)可得:当弹簧的弹性势能达到最大为EP=12J时,物块A的速度V=3 m/s。

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