(1)
弹性势能最大处,位于B点,木块在A点的动能转化成弹簧的势能并用于摩擦力做功。
所以1/2mv²=1/2ks²+mgμs
得最大弹性势能1/2ks²=1/2mv²-mgμs=5.25J
(2)
先计算木块从B点回到A点,的速度,在从A到B回到A的过程中,弹性的弹性势能变化为0,木块消耗动能用于摩擦力做功,先求出木块回到A点是的速度V1,1/2mv²-2mgμs=1/2mV1²,V1=3m/s
小木块动能=1/2mv1²=4.5J,
如果木块到达小车的最高点,势能mgR=5J,所以木块不可能到达小车的最高点。木块的运动轨迹是,从A点冲上小车,如果小车粗糙面足够长,木块就留在粗燥面上,如果粗燥面足够短,木块上冲到自己所能达到的最高点后,沿原路返回,刚好停在小车的边缘,并与小车等速。
在此过程中,木块的动能转化成木块和小车的动能,以及木块在粗燥面上的能量消化(来回),
即 1/2mv1²=1/2(m+M)V2²+2mgμL
另外小车和木块组成的系统不受外力的作用,动量守恒。即mV1=(m+M)V2,得V2=1m/s
把V2=1m/s,代入 1/2mv1²=1/2(m+M)V2²+2mgμL,求得最短长度L=0.5m