题目内容
【题目】如图所示为水平传送装置,轴间距离AB长l=8.3m,质量为M=1kg的木块随传送带一起以v1=2m/s的速度向左匀速运动(传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5.当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以=300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度v=50m/s,以后每隔1s就有一颗子弹射向木块,设子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,g取10m/s2.求:
(1)在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离?
(2)木块在传达带上最多能被多少颗子弹击中?
(3)从第一颗子弹射中木块到木块最终离开传送带的过程中,子弹、木块和传送带这一系统产生的总内能是多少?
【答案】(1)0.9m.(2)16(3)14155.5J;
【解析】
试题分析:(1)子弹射入木块过程系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正反方向,由动量守恒定律得:
mv0﹣Mv1=mv+Mv1′,
解得:v1′=3m/s,
木块向右作减速运动加速度:a==μg=0.5×10=5m/s2,
木块速度减小为零所用时间:
解得:t1=0.6s<1s
所以木块在被第二颗子弹击中前向右运动离A点最远时,速度为零,移动距离为:,
解得:s1=0.9m.
(2)在第二颗子弹射中木块前,木块再向左作加速运动,时间为:t2=1s﹣0.6s=0.4s
速度增大为:v2=at2=2m/s(恰与传送带同速);
向左移动的位移为:s2=at22=×5×0.42=0.4m,
所以两颗子弹射中木块的时间间隔内,木块总位移S0=S1﹣S2=0.5m方向向右
第16颗子弹击中前,木块向右移动的位移为:s=15×0.5m=7.5m,
第16颗子弹击中后,木块将会再向右先移动0.9m,总位移为0.9m+7.5=8.4m>8.3m木块将从B端落下.
所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中.
(3)第一颗子弹击穿木块过程中产生的热量为:
Q1=mv02+Mv12﹣mu2﹣Mv1′2,
木块向右减速运动过程中板对传送带的位移为:s′=v1t1+s1,
产生的热量为:Q2=μMgs′,
木块向左加速运动过程中相对传送带的位移为:s″=v1t2﹣s2,
产生的热量为:Q3=μMgs″,
第16颗子弹射入后木块滑行时间为t3有:v1′t3﹣at32=0.8,
解得:t3=0.4s
木块与传送带的相对位移为:S=v1t3+0.8
产生的热量为:Q4=μMgs,
全过程中产生的热量为:Q=15(Q1+Q2+Q3)+Q1+Q4
解得:Q=14155.5J;