题目内容

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m=20g的子弹以v0=3.0×102m/s水平向右的速度击穿木块，穿出木块时的速度v1=50m/s．设传送带的速度始终恒定，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）木块在被子弹击穿后，向右运动离A点的最大距离；
（2）子弹击穿木块过程中系统损失的机械能；
（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．
分析：子弹击穿木块过程根据动量守恒定律列出等式解决问题．
根据牛顿第二定律和运动学公式解决问题．
运用能量守恒的观点解决问题．
解答：解：（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．
点评：解决问题首先要清楚研究对象的运动过程．
我们要清楚运动过程中能量的转化，以便从能量守恒角度解决问题．
把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的问题．
练习册系列答案
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