题目内容

7.如图所示,在光滑的水平面上放着一个质量为M=0.3kg的木块(可视为质点),在木块正上方1m处有一个固定悬点O,在悬点O和木块之间用一根长2m的不可伸长的轻绳连接.有一个质量m=0.1kg的子弹以80m/s的速度水平射入木块并留在其中一起运动,之后木块绕O点在竖直平面内做圆周运动.求:
①当子弹射入木块后,与木块开始共同前进的速度是多大?
②当木块运动到与O点等高的位置时速度是多大?(g取10m/s2)

分析 ①子弹打木块过程满足动量守恒,列出等式求解.
②木块离开水平面时的速度等于木块垂直于绳子方向的分速度,木块在做圆周运动的过程中运用机械能守恒求解.

解答 解:①子弹打木块过程满足动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v1,
代入数据解得:v1=20m/s;                                             
②木块离开水平面时的速度等于木块垂直于绳子方向的分速度,即在拉紧瞬间木块失去了沿绳方向的速度.所以木块离开水平面时的速度:v=v1sinθ,
根据几何关系得:sinθ=$\frac{h}{L}$,
解得:v=10m/s,
木块从离地到与O点等高的运动满足机械能守恒,由机械能守恒定律得:
$\frac{1}{2}$(M+m)v2=$\frac{1}{2}$(M+m)v′2+(M+m)gh,
代入数据解得:v′=4$\sqrt{5}$m/s;
答:①当子弹射入木块后,与木块开始共同前进的速度是20m/s;
②当木块运动到与O点等高的位置时速度是4$\sqrt{5}$m/s.

点评 本题是一道力学综合题,难度较大,分析清楚物体的运动过程是正确解题的前提与关键,应用牛顿第二定律、机械能守恒定律、动量守恒定律与能量守恒定律即可正确解题.

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