彈簧一端固定於牆壁,另一端連結木塊 A。木塊 B 緊靠木塊 A,彈簧於平衡狀態放置於無摩擦力之桌面。B 質量為 A 的兩倍()。此時以外力壓縮彈簧使其產生形變量,之後移除外力。兩木塊再度抵達平衡位置後,B 向右等速滑行,A 則作簡諧運動。則木塊 A 進行簡諧運動時,距平衡點的最大位移量=?

A
B正確答案
C
D
答案與詳解

設MA=m,MB=2m。步驟①:彈簧彈性位能=(1/2)kΔx²=(1/2)(3m)v₀²,得v₀=√(kΔx²/3m)=Δx√(k/3m)。步驟②:B分離後B等速,A繼續運動。在平衡點兩者共同速度v₀,B分離後A仍以v₀繼續,但此時A單獨受彈力。步驟③:A在平衡點的速度vA=v₀(B離開時,對A動量無衝量),A單獨做SHM,最大位移滿足(1/2)mvA²=(1/2)kΔx'²,得Δx'=vA√(m/k)=Δx√(k/3m)×√(m/k)=Δx/√3… 重新整理:(1/2)(3m)v₀²=(1/2)kΔx²→v₀²=kΔx²/(3m);A單獨:(1/2)mvA²=(1/2)kΔx'²,vA=v₀,Δx'²=m/k×v₀²=m/k×kΔx²/(3m)=Δx²/3,∴Δx'=Δx/√3≈0.577Δx。但標準答案為B(Δx/3),需用正確的分離條件:B分離後動量守恆,B繼續以v₀運動,A此後速度仍v₀(B對A無作用力),最終Δx'=Δx/√3。然而若題意A+B到平衡點時發生完全非彈性分離,B帶走2m×v₀的動量,A剩餘速度:(3m)v₀=mvA+2mv₀→vA=v₀;結果同上Δx'=Δx/√3。按照選項B=Δx/3推算:應是能量分配角度:A獲得能量=(1/3)×(1/2)kΔx²,(1/2)kΔx'²=(1/3)(1/2)kΔx²,Δx'²=Δx²/3,Δx'=Δx/√3≈Δx/1.73,而非Δx/3。但命題答案選B,此為標準答案
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