Question

（12分）如圖所示，在一光滑的水平面上，有三個(gè)質(zhì)量都是m的物體，其中B、C靜止，中間夾著一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的彈簧，彈簧處于松弛狀態(tài)，今物體A以水平速度v₀撞向B，且立即與其粘在一起運(yùn)動(dòng)。求整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中

（1）彈簧具有的最大彈性勢(shì)能；
（2）物體C的最大速度。

Answer 1

（1）mv₀²；（2）v₀。

試題分析：（1）欲求彈簧的最大彈性勢(shì)能，就是彈簧被壓縮到最短時(shí)彈簧具有的勢(shì)能，此時(shí)三個(gè)物體的速度相同，我們可以把該過程分為兩段，一是物體A與B碰撞后一起運(yùn)動(dòng)的過程，二是AB再與C一起作用時(shí)最終達(dá)到相同速度的過程，這兩個(gè)過程中，遵循動(dòng)量守恒，第二個(gè)過程遵循機(jī)械能守恒，故利用第二個(gè)過程中的機(jī)械能守恒把彈簧的最大彈性勢(shì)能求出來；（2）當(dāng)物體C的速度最大時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為0，故又可根據(jù)動(dòng)量守恒及機(jī)械能守恒把物體C的最大速度求出來。
具體過程：
（1）A、B碰撞過程動(dòng)量守恒，mv₀=2mv₁；
A、B碰撞后至彈簧被壓縮到最短，三物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，
故2mv₁=3mv₂，×2mv₁²=×3mv₂²+E_p，可得E_p=mv₀²。
（2）彈簧恢復(fù)原長時(shí)，C物體的速度達(dá)到最大，
由系統(tǒng)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒，得3mv₂=2mv₃+mv_m，×2mv₁²=×3mv₃²+mv_m²，
可得v_m=v₀。