高中 | 动量守恒定律的理解与一般应用 题目答案及解析

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选修3-5

第十六章 动量守恒定律

16.3 动量守恒定律

动量守恒定律的理解与一般应用

如图所示,光滑水平面上放有质量均为$2\;\rm kg$的滑块$A$$B$$C$,滑块$A$的右侧固定一轻质弹簧,滑块$C$的左侧涂胶。给滑块$A$一个水平向右$2\;\rm m/s$的初速度,当$A$$B$共速时,$B$刚好与右边的滑块$C$发生碰撞并粘连在一起不再分开,则之后的运动过程中弹簧弹性势能的最大值为$(\qquad)$

["

$\\dfrac{1}{2}\\;\\rm J$

","

$\\dfrac{8}{3}\\;\\rm J$

","

$\\dfrac{13}{6}\\;\\rm J$

","

$\\dfrac{19}{6}\\;\\rm J$

"]
[["C"]]

设滑块$A$$B$$C$的质量为$m$。滑块$A$$B$共速时,$A$$B$组成的系统满足动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律得$mv_{0}=2mv_{1}$

解得$A$$B$共速时的速度为$v_{1}=1\;\rm m/s$

$B$$C$发生碰撞并粘连,$B$$C$之间也满足动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律得$mv_{1}=2mv_{2}$

解得$B$$C$碰后的速度为$v_{2}=0.5\;\rm m/s$

所以$B$$C$碰撞时损失的机械能$\Delta E= \dfrac{1}{2}{mv}_{1}^{2}-\dfrac{1}{2} \times2mv_{2}^{2}$

解得$\Delta E=0.5\;\rm J$

$\rm B$$C$碰撞之后,$A$$B$$C$三者共速时,弹簧的弹性势能最大,该过程中整个系统满足动量守恒,则有$mv_{1}+2mv_{2}=3mv_{3}$

解得$v_{3}=\dfrac{2}{3}\;\rm m/s$

根据能量守恒,此时弹簧弹性势能为$E_{p}= \dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}-\dfrac{1}{2} \times 3mv_{3}^{2} -\Delta E$,解得$E_{p}= \dfrac{13}{6}\;\rm J$,故$\rm ABD$错误,$\rm C$正确。

故选:$\rm C$

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