Question

（19分）如圖12所示，質(zhì)量M=1.0kg的木塊隨傳送帶一起以v=2.0m/s的速度向左勻速運動，木塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.50。當(dāng)木塊運動至最左端A點時，一顆質(zhì)量為m=20g的子彈以v₀=3.0×10²m/s水平向右的速度擊穿木塊，穿出時子彈速度v₁=50m/s。設(shè)傳送帶的速度恒定，子彈擊穿木塊的時間極短，且不計木塊質(zhì)量變化，g=10m/s²。求：

（1）在被子彈擊穿后，木塊向右運動距A點的最大距離；

（2）子彈擊穿木塊過程中產(chǎn)生的內(nèi)能；

（3）從子彈擊穿木塊到最終木塊相對傳送帶靜止的過程中，木塊與傳送帶間由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能。（AB間距離足夠長）

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）（3）12.5J

【解析】（1）設(shè)木塊被子彈擊穿時的速度為u，子彈擊穿木塊過程動量守恒

解得 　　　　………………………………（2分　

設(shè)子彈穿出木塊后，木塊向右做勻減速運動的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律μmg=ma　解得…………………………………………（2分）木塊向右運動到離A點最遠(yuǎn)時，速度為零，設(shè)木塊向右移動最大距離為s₁

　　解得 　　　　　　　………………………………………（2分）     （2）根據(jù)能量守恒定律可知子彈射穿木塊過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為

E=　　　　…………………………（3分）　解得 　　　　　…………………………………………………（1分）（3）設(shè)木塊向右運動至速度減為零所用時間為t₁，然后再向左做加速運動，經(jīng)時間t₂與傳送帶達(dá)到相對靜止，木塊向左移動的距離為s₂。根據(jù)運動學(xué)公式

解得　　　　　………………………………………（2分）　

t₁==0.60s, t₂==0.40s　　　………………………………………（1分）木塊向右減速運動的過程中相對傳送帶的位移為

，　產(chǎn)生的內(nèi)能　……………………………………（2分）木塊向左加速運動的過程中相對傳送帶的位移為m，

產(chǎn)生的內(nèi)能　　　……………………………………（2分）

所以整個過程中木塊與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能

　　　　…………………………………………………（2分）

本題考查的是動量守恒定律及能量守恒的綜合力學(xué)問題，先根據(jù)動量守恒及牛頓第二定律解出木塊向右移動最大距離；再根據(jù)能量守恒解出產(chǎn)生的內(nèi)能；再根據(jù)勻變速運動的規(guī)律及摩擦力做功計算出產(chǎn)生的內(nèi)能；