题目内容

【题目】如图,一质量m2=0.25kg的平顶小车,车顶右端放一质量m3=0.2kg的小物体,小物体可视为质点,与车顶之间的动摩擦因数μ=0.4,小车静止在光滑的水平轨道上。现有一质量m1=0.05kg的子弹以水平速度v0=12m/s射中小车左端,并留在车中。子弹与车相互作用时间很短。若使小物体不从车顶上滑落,g取10m/s2。求:

(1)最后物体与车的共同速度为多少?

(2)小车的最小长度应为多少?

(3)小木块在小车上滑行的时间。

【答案】(1)1.2m/s;(2)0.3m;(3)0.3s

【解析】

本题考察动量守恒定律的运用以及运动的分析。子弹射入小车为碰撞过程,可用动量守恒定律直接分析子弹和小车。最终物块、子弹和小车共速,可运用动量守恒定律整体分析系统,并根据能量转化分析小车最小长度。最后运用匀变速直线运动或动量定理计算时间。

(1)(2)子弹进入小车过程中,子弹与小车组成的系统动量守恒,以子弹速度初速度方向为正方向,由动量守恒定律得

由三物体组成的系统动量守恒,以子弹速度初速度方向为正方向,由动量守恒定律得

设小车最小长度为L,三物体相对静止后,对系统利用能量守恒定律得

联立以上方程解得

L=0.3m

车与物体的共同速度为

v2=1.2m/s

(3)以m3为研究对象,利用动量定理可得

解得

t=0.3s

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