Question

（9分）如图所示，在光滑水平地面上，有一右端装有固定的竖直挡板的平板小车质量
m₁＝4.0kg，挡板上固定一轻质细弹簧．位于小车上A点处的质量为m₂＝1.0 kg的木块(视为质点)与弹簧的左端相接触但不连接，此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与车面之间的摩擦可忽略不计。现小车与木块一起以v₀＝2.0 m/s的初速度向右运动，小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞，已知碰撞时间极短，碰撞后小车以v₁＝1.0 m/s的速度水平向左运动，取g＝10 m/s²。求：

(i)小车与竖直墙壁发生碰撞的过程中小车动量变化量的大小；
(ii)若弹簧始终处于弹性限度内，求小车撞墙后与木块相对静止时的速度大小和弹簧的最大弹性势能。

Answer 1

（1） （2）

试题分析：（ⅰ）以v₁的方向为正方向，则小车与竖直墙壁发生碰撞的过程中，小车动量变化量的大小为                ① 　　　2分
（ⅱ）小车与墙壁碰撞后向左运动，木块与小车间发生相对运动将弹簧压缩至最短时，二者速度大小相等，此后木块和小车在弹簧弹力的作用下，做变速运动，当两者具有相同速度时，二者相对静止。整个过程中，小车和木块组成的系统动量守恒
设小车和木块相对静止时的速度大小为v，根据动量守恒定律有
             　②　　　　　2分
解得                   ③　　　　　1分
当小车与木块首次达到共同速度时，弹簧压缩至最短，此时弹簧的弹性势能最大
设最大弹性势能为E_P，根据机械能守恒定律可得
    ④　　　　　2分
　　　　　  ⑤　　　　　2分