题目内容

如图所示,质量M=0.40kg的靶盒A位于光滑水平导轨上,开始时静止在O点,在O点右侧有范围很广的“相互作用区域”,如图中划虚线部分,当靶盒A进入相互作用区时便受到水平向左的恒力F=20N作用,P处有一固定的发射器B,它可根据需要瞄准 靶盒每次发射一颗水平速度v0=50m/s,质量m=0.10kg的子弹,当子弹打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短。今约定,每当靶盒A停在或到达O点时,都有一颗子弹进入靶盒A内。高考资源网

⑴当第一颗子弹进入靶盒A后,靶盒A离开O点最大距离为多少?

⑵当第三颗子弹进入靶盒A后,靶盒A从离开O点到又回到O点所经历时间为多少?高考资源网

⑶求发射器B至少发射几颗子弹后,靶盒A能在相互作用区内运动且距离不超过0.2m?

(1) 1.25m (2) 0.5s (3) N≥27, N=27,所以B至少发射27颗子弹时,才能使靶既能在相互作用区内运动,且运动距离又小于0.2m。  


解析:

(1)设第一颗子弹进入靶盒A后,子弹与靶盒A共同速度为v1

由动量守恒得     mv0=(m+M)v1              2分

设A离开O点的最大距离为s1,根据动能定理有

-Fs1=0-(m+M)v21/2  2分

由以上二式得s1=1.25m    2分

(2)根据题意,A在恒力F作用下返回O点时第二颗子弹打入,由于A的动量与第二颗子弹动量大小相同、方向相反,第二颗子弹打入后A将静止在O点,设第三颗子弹打入A后,它们的共同速度为v3,由系统动量守恒

mv0=(M+3m)v3     2分

设A从离开O点到又回到O点经历时间为t,且碰后A运动方向为正方向,由动量定理得

-Ft/2=0-(M+3m)v3    2分

由以上二式得t=0.5s  2分

(3)设B至少发射N=2n+1颗子弹,且碰后A的速度为vN

由系统动量守恒mv0=(M+Nm)vN 2分

由动能定理-FsN=0-(M+Nm)v2N/2   2分

根据题意sN<0.2m    2分

由以上三式得N≥27, N=27,所以B至少发射27颗子弹时,才能使靶既能在相互作用区内运动,且运动距离又小于0.2m。                                  2分

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