能力课 动量和能量观点的综合应用 [热考点]“滑块—弹簧”模型[模型特点]对两个(或两个以上)物体与弹簧组成的系统在相互作用的过程中:(1)在能量方面,由于弹簧的形变会具有弹性势能,系统的总动能将发生变化,若系统所受的外力和除弹簧弹力以外的内力不做功,系统机械能守恒
(2)在动量方面,系统动量守恒
(3)弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等,弹性势能最大,系统满足动量守恒,机械能守恒
(4)弹簧处于原长时,弹性势能为零
【例 1】 如图 1 所示,质量分别为 1 kg、3 kg 的滑块 A、B 位于光滑水平面上,现使滑块A 以 4 m/s 的速度向右运动,与左侧连有轻弹簧的滑块 B 发生碰撞
求二者在发生碰撞的过程中
图 1 (1)弹簧的最大弹性势能;(2)滑块 B 的最大速度
解析 (1)当弹簧压缩最短时,弹簧的弹性势能最大,此时滑块 A、B 同速
系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得 mAv0=(mA+mB)v解得 v== m/s=1 m/s弹簧的最大弹性势能即滑块 A、B 损失的动能Epm=mAv-(mA+mB)v2=6 J
(2)当弹簧恢复原长时,滑块 B 获得最大速度,由动量守恒定律和能量守恒定律得 mAv0=mAvA+mBvmmAv=mBv+mAv解得 vm=2 m/s,向右
答案 (1)6 J (2)2 m/s,向右“滑块—弹簧”模型的解题思路(1)应用系统的动量守恒
(2)应用系统的机械能守恒
(3)应用临界条件:两滑块同速时,弹簧的弹性势能最大
【变式训练 1】 (2017·江西南昌模拟)(多选)如图 2 甲所示,在光滑水平面上,轻质弹簧一端固定,物体 A 以速度 v0向右运动压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量为 x
现让弹簧一端连接另一质量为 m 的物体 B(如图乙所示),物体 A 以 2v0的速度向右压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量仍为 x,