用 m 表示A、B和C的质量。 (1)当物块A以初速度 v 0 向右运动时,它因受C给它的滑动摩擦力做匀减速直线运动,而它作用于C的摩擦力不足以使B、C产生相对滑动,即B、C以相同加速度做匀加速直线运动。物块A、B发生碰撞的临界情况是:物块A运动到物块B所在处时,A、B速度相等。 在临界状况下,因为B与木板C的速度始终相等,所以A、B即将碰撞时,A、B、C三者速度均相同,设为 v 1 。由动量守恒定律有 mv 0 =3 mv 1 ① 在此过程中,设木板C 运动的路程为 s 1 ,则物块A运动的路程为 s 1 + L ,由功能原理得:
② 解①、②得: 故A与B发生碰撞的条件是: (2)当物块A的初速度 时,A、B将发生碰撞,物块B与档板P发生碰撞的临界情况是:物块B运动到档板P所在处时,B、C的速度相等。同(1)中结论,在临界状况下,当B运动到档板P处时,A、B、C三者速度相等,设此速度为 v 2 ,根据动量守恒定律得: mv 0 =3 mv 2 ③ 设A、B碰撞前瞬间,A、B、C速度分别为 v A 、 v B 和 v C ,则 v A > v B , v B = v C 。 在A、B碰撞的极短时间内,A、B构成的系统的动量近似守恒,而木板C的速度保持不变,因为A、B间的碰撞是弹性的,即系统机械能守恒,又物块A、B质量相等,故易得:碰撞后A、B速度交换,设碰撞刚结束时A、B、C三者的速度分别为 v A ˊ、 v B ˊ、 v C ˊ,则 v A ˊ= v B , v B ˊ= v A , v C ˊ= v C ,刚碰撞后A、B、C的运动与(1)类似,只是A、B的运动进行了交换,由此易分析:在整个运动过程中,先是A相对C运动的路程为 L ,接着是B相对C运动的路程为 L ,整个系统的动能转变为内能。类似(1)中方程得
④ 联立③、④解之,得: 故A与B相撞,B再与P相撞的条件是: (3)当物块A的初速度 时,B将与档板P相撞,撞后A、B、C的运动可由(2)中运动类比得到:B、P碰撞后瞬间,物块A、B速度相同,木板C速度最大,然后C以较大的加速度向右做减速运动,而物块A和B以相同的较小加速度向右做加速运动,加速过程将持续到或者A、B与C速度相同,三者以相同速度 向右做匀速运动,或者木块A从木板C上掉了下来,因此物块B、A在木板C上不可能再发生碰撞。 (4)若A刚刚没从木板C上掉下来,即A到达C的左端时的速度变为与C相同,这时三者的速度皆相同,以 v 3 表示,由动量守恒有
3 mv 3 = mv 0 ⑤ 从A以初速度 v 0 在木板C的左端开始运动,经过B与P相碰,直到A刚没从木板C的左端掉下来,这一整个过程中,系统内部先是A相对C运动的路程为L,接着B相对C运动的路程也是L,B与P碰后直到A刚没从木板C上掉下来,A与B相对C运动的路程也皆为L,整个系统动能的改变应等于内部相互滑动摩擦力做功的代数和。 即: (3 m ) v 3 2 - mv 0 2 = -μmg ·4 L ⑥ 由⑤⑥两式得: 故A从C掉下的条件是: (5)当物块A的初速度 时,A将从木板C上掉下来。设A刚从木板C上掉下来时,A、B、C三者的速度分别为 v A ″, v B ″, v C ″,有 v A ″= v
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