Question

如圖所示，將質(zhì)量均為m厚度不計(jì)的兩物塊A、B用輕質(zhì)彈簧相連接．第一次只用手托著B(niǎo)物塊于H高度，A在彈簧彈力的作用下處于靜止，現(xiàn)將彈簧鎖定，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，現(xiàn)由靜止釋放A、B，B物塊剛要著地前瞬間將彈簧瞬間解除鎖定（解除鎖定無(wú)機(jī)械能損失），B物塊著地后速度立即變?yōu)?，在隨后的過(guò)程中B物塊恰能離開(kāi)地面但不繼續(xù)上升．第二次用手拿著A、B兩物塊，使得彈簧豎直并處于原長(zhǎng)狀態(tài)，此時(shí)物塊B離地面的距離也為H，然后由靜止同時(shí)釋放A、B，B物塊著地后速度同樣立即變?yōu)?．求：
（1）第二次釋放A、B后，A上升至彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)的速度v₁；
（2）第二次釋放A、B后，B剛要離地時(shí)A的速度v₂．

Answer 1

分析：（1）第二次釋放A、B后，A、B自由落體運(yùn)動(dòng)，B著地后，A和彈簧相互作用至A上升到彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程中，彈簧對(duì)A做的總功為零．對(duì)A從開(kāi)始下落至彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程，對(duì)A運(yùn)用動(dòng)能定理即可解題；
（2）設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，第一次釋放AB前，彈簧向上產(chǎn)生的彈力與A的重力平衡，求出彈簧壓縮量，第一次釋放AB后，B剛要離地時(shí)彈簧產(chǎn)生向上的彈力與B的重力平衡，求出伸長(zhǎng)量，第二次釋放AB后，在B剛要離地時(shí)彈簧產(chǎn)生向上的彈力與B的重力平衡，求出伸長(zhǎng)量，對(duì)A、B和彈簧組成的系統(tǒng)由機(jī)械能守恒即可解題．

解答：解：（1）第二次釋放A、B后，A、B自由落體運(yùn)動(dòng)，B著地后，A和彈簧相互作用至A上升到彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程中，彈簧對(duì)A做的總功為零．           
對(duì)A從開(kāi)始下落至彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程，對(duì)A由動(dòng)能定理有
mgH=

1

2

mv₁² ①
解得 v₁=

2gH

方向向上    
（2）設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，第一次釋放AB前，彈簧向上產(chǎn)生的彈力與A的重力平衡．
設(shè)彈簧的形變量（壓縮）為△x₁，有△x₁=

mg

k

②
第一次釋放AB后，B剛要離地時(shí)彈簧產(chǎn)生向上的彈力與B的重力平衡
設(shè)彈簧的形變量（伸長(zhǎng)）為△x₂，有△x₂=

mg

k

③
第二次釋放AB后，在B剛要離地時(shí)彈簧產(chǎn)生向上的彈力與B的重力平衡
設(shè)彈簧的形變量（伸長(zhǎng)）為△x₃，有△x₃=

mg

k

④
由②③④得△x₁=△x₂=△x₃    ⑤
即這三個(gè)狀態(tài)，彈簧的彈性勢(shì)能都為E_p    
在第一次釋放AB后至B著地前過(guò)程，對(duì)A、B和彈簧組成的系統(tǒng)由機(jī)械能守恒有
2mgh=

1

2

×2mv²     ⑥
從B著地后到B剛要離地的過(guò)程，對(duì)A和彈簧組成的系統(tǒng)，由機(jī)械能守恒有

1

2

mv²+E_p=mg（△x₁+△x₂）+E_P ⑦
第二次釋放后，對(duì)A和彈簧系統(tǒng)，從A上升至彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)到B剛要離地過(guò)程，由機(jī)械能守恒有　

1

2

mv₁²=mg△x₃+E_P+

1

2

mv₂²  ⑧
由①⑥⑦⑧得v₂=

gH- 2Ep m

答：（1）第二次釋放A、B后，A上升至彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)的速度為

2gH

，方向向上；
（2）第二次釋放A、B后，B剛要離地時(shí)A的速度為

gH- 2Ep m

．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了動(dòng)能定理及機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，要求同學(xué)們能正確分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，選擇正確的過(guò)程及研究對(duì)象，難度較大．