问题 问答题

如图所示,质量M=1.0kg的木块随传送带一起以v=2.0m/s的速度向左匀速运动,木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.50.当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以v0=3.0×102m/s水平向右的速度击穿木块,穿出时子弹速度v1=50m/s.设传送带的速度恒定,子弹击穿木块的时间极短,且不计木块质量变化,g=10m/s2.求:

(1)在被子弹击穿后,木块向右运动距A点的最大距离;

(2)子弹击穿木块过程中产生的内能;

(3)从子弹击穿木块到最终木块相对传送带静止的过程中,木块与传送带间由于摩擦产生的内能.

答案

(1)设木块被子弹击穿时的速度为u,子弹击穿木块过程动量守恒

mv0-Mv=mv1+Mu 解得 u=3.0m/s

设子弹穿出木块后,木块向右做匀减速运动的加速度为a,根据牛顿第二定律

μmg=ma

解得 a=5.0m/s2

木块向右运动到离A点最远时,速度为零,设木块向右移动最大距离为s1

u2=2as1

解得 s1=0.90m

(2)根据能量守恒定律可知子弹射穿木块过程中产生的内能为

E=

1
2
mv02+
1
2
Mv2-
1
2
mv12-
1
2
Mu2

解得 E=872.5J

(3)设木块向右运动至速度减为零所用时间为t1,然后再向左做加速运动,经时间t2与传送带达到相对静止,木块向左移动的距离为s2.根据运动学公式

v2=2as2解得 s2=0.40m

t1=

u
a
=0.60s,t2=
v
a
=0.40s

木块向右减速运动的过程中相对传送带的位移为

S′=vt1+S1=2.1m,

产生的内能 Q1=μMgS′=10.5J

木块向左加速运动的过程中相对传送带的位移为S″=vt2-s2=0.40m,

产生的内能Q2=μMgS″=2.0J

所以整个过程中木块与传送带摩擦产生的内能

Q=Q1+Q2=12.5J 

答:(1)在被子弹击穿后,木块向右运动距A点的最大距离0.90m;

(2)子弹击穿木块过程中产生的内能为872.5J;

(3)木块与传送带间由于摩擦产生的内能为12.5J.

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