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【物理】 小技巧之用折合质量的方法解相对运动的问题

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先来看一道例题: 质量为M,m的两个物体中间用劲度系数为k的轻弹簧相连,静止在光滑的水平面。突然击打m并使之具有v0速度,这时候弹簧未发生形变,求弹簧的最大压缩量。


IP属地:上海1楼2014-08-13 16:54回复
    分析一下,没有外力做功,而做功的内力仅有弹簧的弹力,应此这是一个机械能守恒的系统,当弹簧的压缩程度最大时,就是弹性势能最大时,也就是系统动能最小,这与v0的方向显然是没有关系的。假设v0向右,则从运动开始的瞬间,m减速,M加速,但只要m的速度大于M的速度,弹簧就总会继续压缩,直到m和M的速度相同,弹簧才会达到最大压缩量。
    整个过程相当于完全非弹性碰撞,而弹簧的作用只是减慢了整个过程。


    IP属地:上海2楼2014-08-13 17:05
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      那么我们用平时的方法来解这道题。
      方法一:假设m和M系统的末速度为v
      m和M构成的系统动量守恒 mv0=(m+M)v ——————————————①
      系统机械能守恒 1/2kx^2+1/2(m+M)v^2=1/2mv0^2 __________________②
      ①②联立解得


      IP属地:上海3楼2014-08-13 17:16
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        这样的方法很简单,但如果对于非光滑的斜面甚至是更复杂的场景则不免显得很是赘余。
        下面我们介绍一下这类题的一种特别的小技巧——折合质量法。


        IP属地:上海4楼2014-08-13 17:19
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          假设M,m之间只受他们之间的作用力,记为f。


          IP属地:上海5楼2014-08-13 17:43
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            由牛顿第二定律和第三定律可以得到


            IP属地:上海6楼2014-08-13 17:44
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              那么回到这道题
              解法二:考虑m相对于M的运动,折合质量记为

              开始时m相对于M的速度为v0,最大压缩量时速度为0,根据相对运动的动能定理
              1/2kx^2=1/2μv0^2
              可得
              这个结果中的正负号表示伸长或者压缩。
              对比两种方法容易发现这种方法的优越性。


              IP属地:上海7楼2014-08-13 17:52
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                为什么折合质量法可以求这么多值


                IP属地:浙江来自Android客户端8楼2023-06-24 17:14
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