方法2、用动能定理和动量定理求解
a刚好没有滑离b板,表示当a滑到b板的最左端时,a、b具有相同的速度,设此速度为v,经过时间为t, a和b的初速度的大小为v0,则据动量定理可得:
对a:ft=mv mv0 ①
对b:-ft=mv-mv0 ②
解得:v=-v0,方向向右
a在b板的右端时初速度向左,而到达b板左端时的末速度向右,可见a在运动过程中必须经历向左作减速运动直到速度为零,再向右作加速运动直到速度为v的两个阶段。设l1为a开始运动到速度变为零过程中向左运动的路程,l2为a从速度为零增加到速度为v的过程中向右运动的路程,l0为a从开始运动到刚好到达b的最左端的过程中b运动的路程,如图2所示,设a与b之间的滑动摩擦力为f,则由动能定理可得:
对于b:
-fl0=-mv2--mv02 ③
对于a:
-fl1=--mv02 ④
f(l1-l2)=-mv2 ⑤
由几何关系
l0 l2=l ⑥
由①、②、③、④、⑤、⑥联立求得l1=-
方法3、用能量守恒定律和动量守恒定律求解
a刚好没有滑离b板,表示当a滑到b板的最左端时,a、b具有相同的速度,设此速度为v, a和b的初速度的大小为v0,则据动量守恒定律可得:
mv0-mv0=(m m)v
解得:v=-v0,方向向右
对系统的全过程,由能量守恒定律得:
q=fl=-(m m)v02--(m m)v2
对于a fl1=-mv02
由上述二式联立求得
l1=-
点评:从上述三种解法中,不难看出,解法三简洁明了,容易快速求出正确答案。因此我们在解决动力学问题时,应优先考虑使用能量守恒定律和动量守恒定律求解,其次是考虑使用动能定理和动量定理求解,最后才考虑使用牛顿第二定律和运动学公式求解。
【例题4】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。
学生常见错解展示:b受到向右的瞬时冲量i后,获得向右的瞬时速度vb=-,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vab,由动量守恒定律得
mvb=2mvab
则vab=-vb=-
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,此时弹簧的弹力对a来说是动力,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。
正确的解题过程为:弹簧恢复原长时a的速度达最大,设为vm,设此时b的速度为vb'。由系统动量守恒和机械能守恒定律得
mvb=mvm mvb'
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