问题 问答题

如图所示,一木块静放在光滑的水平桌面上,一颗子弹以水平的初速度v0向右射向木块,穿出木块时的速度为v0/2,木块质量是子弹质量的两倍,设木块对子弹的阻力相同,若木块固定在一辆水平公路上以速度v匀速向右运动的汽车顶上,子弹仍以v0的水平初速度从同一方向水平射入该木块,汽车的速度v在什么范围内木块不会被射穿?(子弹的质量远远小于汽车的质量,放车速可视作始终不变)

答案

木块固定前子弹与木块组成的系统动量守恒,

设子弹质量为m,木块被击穿后的速度为v2

mv0=2mv2+m

1
2
v0

解得v2=

1
4
v0

设木块长d,木块固定在汽车上时,子弹穿过木块的过程木块的位移为L,时间为t,设子

弹与木块的相互作用力为f,太子弹刚能击穿木块,其相对木块的位移为d,末速度与车速v相等. 

根据能的转化与守恒定律求得

fd=△E=

1
2
m
v20
-
1
2
[2m(
v0
4
)
2
+m(
v0
2
)
2
]=
5
16
m
v20

木块随汽车作匀速运动,木块的位移L=vt

若子弹刚能穿出木块,子弹位移s=(L十d)  

根据动量定理得

mv0-mv=ft

根据动能定理得

1
2
m
v20
-
1
2
mv2=f(L-d)

联立以上各式解得v=(1-

10
4
)v0

所以汽车的速度v必须满足v0>v>0.2v0

答:汽车的速度v0>v>0.2v0木块不会被射穿.

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