一道“动量与能量”综合题的典型错解分析 杨荣良(浙江 绍兴市高级中学 312000)【题目】如图所示,A、B 两滑块的质量均为 m,分别穿在光滑的足够长的水平固定导杆上,两导杆平行,间距为 d
用自然长度也为 d 的轻弹簧连接两滑块
开始时两滑块均处于静止状态,今给滑块B 一个向右的瞬时冲量 I,求以后滑块 A 的最大速度
【命题意图】检测学生对物体的运动和力的关系,系统的动量和能量守恒等的理解程度,是综合性较强的试题
【错解】因 B 受到向右的瞬时冲量 I 后,获得向右的瞬时速度 ,之后,A、B系统所受外力之和为零,动量守恒,设 A、B 达到的共同速度为,由动量守恒定律得 则 此即为 A 的最大速度【错解分析】 以上求解错在误将 A、B 的共同速度当作 A 的最大速度
其实,AB 达共同速度时,弹簧处于伸长量最大的状态,即弹簧弹性势能最大时,A 的速度还不算最大
此时弹簧的弹力对 A 来说还是动力,A 继续加速,当弹簧的弹力与轻杆垂直,即弹簧恢复原长时,A 的加速度为零,速度才达最大
A、B 通过弹簧而发生的相互作用过程,类似于质量相等的两个物体发生完全弹性碰撞而交换速度的过程,当 B 与 A 交换速度时,B 的速度为零,而 A 的速度为作用前 B 的速度,即为最大值
【正解】弹簧恢复原长时 A 的速度达最大,设为,设此时 B 的速度为
由系统动量守恒和机械能守恒定律得 经求解可知 【同类题】如图所示,光滑水平面上的长木板,右端用细绳栓在墙上 ,左端上部固定一轻质弹簧,质量为 m 的铁球以某一初速度(未知)在木板光滑的上表面上向左运动,压缩弹簧,当铁球速度减小到初速度的一半时,弹簧的弹性势能等于 E
此时细绳恰好被拉断,从而木板向左运动,(1)铁球的初速度多大
(2)为使木板获得的动能最大,木板质量应多大
(v0= M=m/4)【提示】绳拉断前球与弹簧系统机械能守恒,