题目内容

9.光滑水平面上静置两个小木块1和2,其质量分别为m1=1.0kg、m2=4.0kg,它们中间用一根轻质弹簧相连.一颗水平飞行的子弹质量为m=50.0g,以v0=500m/s的速度在极短时间内射穿两木块,已知射穿木块1后子弹的速度变为原来的$\frac{3}{5}$,且子弹损失的动能为射穿木块2损失动能的2倍.求系统运动过程中弹簧的最大弹性势能.

分析 子弹穿过1时,由于时间极短,弹簧与2没有参与相互作用,子弹与1的动量守恒,由动量守恒定律,并结合条件求出子弹射穿1后两者的速度.子弹穿过2时,子弹与2动量守恒,求出
子弹射穿2后两者的速度.接下来,弹簧开始被压缩,由于弹簧的弹力,1将做减速运动,2将做加速运动,当两者速度相等时,弹簧压缩量最大,弹性势能最大,由系统的动量守恒和机械能守恒列式求解

解答 解:子弹穿过1时,子弹与1动量守恒,由动量守恒定律:mv0=m1v1+mv′…①
而由v′=$\frac{3}{5}{v}_{0}$
得:v′=300m/s
得:v1=10m/s…②
子弹穿过2时,子弹与2动量守恒,由动量守恒定律:mv′=m2v2+mv″…③
又由$\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}-\frac{1}{2}mv{′}^{2}=2(\frac{1}{2}mv{′}^{2}-\frac{1}{2}mv{″}^{2})$…④
得:v″=100m/s
由③,④得:v2=2.5m/s…⑤
子弹穿过2以后,弹簧开始被压缩,1、2和弹簧所组成的系统动量守恒,由动量守恒定律:m1v1+m2v2=(m1+m2)v…⑥
由能量关系:Ep=$\frac{1}{2}{m}_{1}{{v}_{1}}^{2}+\frac{1}{2}{m}_{2}{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}({m}_{1}+{m}_{2}){{v}_{共}}^{2}$…⑦
由②⑤⑥⑦得:EP=22.5J…⑧
答:系统运动过程中弹簧的最大弹性势能为22.5J

点评 本题是含有弹簧的类型,对于子弹打击过程,要明确研究对象,确定哪些物体参与作用,运用动量守恒和机械能守恒进行求解即可.

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