Question

（2005?海門(mén)市模擬）4個(gè)相同的木塊，每塊的質(zhì)量都是m，每塊均可以看作質(zhì)點(diǎn)，放置在傾角為θ的斜面上，相鄰兩木塊間的距離為l，最下端的木塊距底端也是l，木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖所示，在開(kāi)始時(shí)刻，第一個(gè)木塊以初速度v₀沿斜面下滑，其余所有木塊都靜止．由于第一個(gè)木塊的下滑將依次引起一系列的碰撞，每次發(fā)生碰撞時(shí)間都很短，在發(fā)生碰撞后，發(fā)生碰撞的木塊都粘在一起運(yùn)動(dòng)，直到最后第4個(gè)木塊到達(dá)斜面底端時(shí)，剛好停在底端．求：
（1）第一次碰撞前第一個(gè)木塊的動(dòng)能E₁．
（2）第一次碰撞時(shí)系統(tǒng)損失的機(jī)械能△E₁．
（3）在整個(gè)過(guò)程中由于碰撞而損失的總機(jī)械能△E．

Answer 1

分析：（1）對(duì)第一個(gè)木塊下滑的過(guò)程中，由動(dòng)能定理可求出碰撞前第一個(gè)木塊的動(dòng)能E₁．
（2）由動(dòng)量守恒可求出木塊1碰撞后的速度大��；碰撞前因摩擦力做功，導(dǎo)致小木塊機(jī)械能損失；再求出碰撞后小木塊動(dòng)能的減小導(dǎo)致機(jī)械能損失；從而兩者之和即為從第一個(gè)小木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到第一次碰撞后系統(tǒng)損失的機(jī)械能；
（3）通過(guò)力做功表達(dá)式求出碰撞整個(gè)過(guò)程中，重力、摩擦力做功；再根據(jù)功能關(guān)系可求出在碰撞中總機(jī)械能損失．

解答：解：（1）對(duì)第一個(gè)木塊下滑的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得
    mglsinθ-μmglcosθ=E₁-

1

2

mv₀²?
即   E₁=mglsinθ-μmglcosθ+

1

2

mv₀²
（2）第一個(gè)木塊與第二個(gè)木塊碰撞過(guò)程中，由動(dòng)量守恒定律近似得
  mv₁=2mv₁′，即v₁′=

1

2

v₁　　　                
E₁′=

1

2

×2mv₁′²，
則得△E₁=E₁-E₁′=

1

2

E₁=

1

2

（mglsinθ-μmglcosθ+

1

2

mv₀²）　              
（3）由總能量守恒可得：
  mglsinθ+2mglsinθ+3mglsinθ+4mglsinθ+

1

2

mv₀²=△E+μmglcosθ+2μmglcosθ+3μmglcosθ+4μmglcosθ 
即△E=10mgl（sinθ-μcosθ）+

1

2

mv₀²．?
答：
（1）第一次碰撞前第一個(gè)木塊的動(dòng)能E₁是mglsinθ-μmglcosθ+

1

2

mv₀²．
（2）第一次碰撞時(shí)系統(tǒng)損失的機(jī)械能△E₁是

1

2

（mglsinθ-μmglcosθ+

1

2

mv₀²）．　
（3）在整個(gè)過(guò)程中由于碰撞而損失的總機(jī)械能△E是10mgl（sinθ-μcosθ）+

1

2

mv₀²．

點(diǎn)評(píng)：本題是力學(xué)綜合題，考查動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律、功的公式、功與能關(guān)系等規(guī)律，同時(shí)動(dòng)量守恒定律注意矢量性及功的正負(fù)．