(1)弹簧压缩至最短时,A、B速度均为v,选取向右为正方向,对于两球组成的系统,根据动量守恒定律,有:
2mv0=(2m+m)v
解得:v=
v02 3
此过程中,只有弹簧的弹力做功,机械能守恒,根据系统的机械能守恒定律,有:
×2m1 2
=Ep+
v
(2m+m)v21 2
解得:Ep=
m1 3
v
(2)弹簧被压缩至最短时弹簧的弹性势能能达到第(1)问中Ep的3倍,即:
Ep′=3×
m1 3
=mv
v
设B球与挡板碰撞时,A球速度为v1,B球速度为v2,(均向右),B与挡板碰后弹簧被压缩到最短时共同速度为v′,则
根据碰后系统的机械能守恒得:Ep′=
×2m1 2
-
v
(2m+m)v′21 2
由以上两式得,v′=0,所以此时小球A、B的总动量也为0,说明B球与挡板碰前瞬间两球动量等大,则有:
2mv1=mv2,
根据B与挡板碰后,AB的总动量守恒得:
2mv0=2mv1+mv2,
联立解得:v1=
v0,v2=v0,1 2
答:(1)当弹簧压缩至最短时,弹簧的弹性势能Ep为
m1 3
.
v
(2)必须使A球速度为
v0,B球速度为v0时与挡板发生碰撞.1 2