4. 如图3-13,质量分别为m和2m的两个小球A和B,中间用轻质杆相连,在杆的中点O处有一固定转动轴,把杆置于水平位置后释放,在B球顺时针摆动到最低位置的过程中(  )

A.B球的重力势能减少,动能增加,B球和地球组成的系统机械能守恒

B.A球的重力势能增加,动能也增加,A球和地球组成的系统机械能不守恒。

C.A球、B球和地球组成的系统机械能守恒

D.A球、B球和地球组成的系统机械不守恒

[错解]B球下摆过程中受重力、杆的拉力作用。拉力不做功,只有重力做功,所以B球重力势能减少,动能增加,机械能守恒,A正确。

同样道理A球机械能守恒,B错误,因为A,B系统外力只有重力做功,系统机械能守恒。故C选项正确。

[错解原因] B球摆到最低位置过程中,重力势能减少动能确实增加,但不能由此确定机械能守恒。错解中认为杆施的力沿杆方向,这是造成错解的直接原因。杆施力的方向并不总指向沿杆的方向,本题中就是如此。杆对A,B球既有沿杆的法向力,也有与杆垂直的切向力。所以杆对A,B球施的力都做功,A球、B球的机械能都不守恒。但A+B整体机械能守恒。

[分析解答]B球从水平位置下摆到最低点过程中,受重力和杆的作用力,杆的作用力方向待定。下摆过程中重力势能减少动能增加,但机械能是否守恒不确定。A球在B下摆过程中,重力势能增加,动能增加,机械能增加。由于A+B系统只有重力做功,系统机械能守恒,A球机械能增加,B球机械能定减少。所以B,C选项正确。

 

[评析]有些问题中杆施力是沿杆方向的,但不能由此定结论,只要杆施力就沿杆方向。本题中A、B球绕O点转动,杆施力有切向力,也有法向力。其中法向力不做功。如图3-14所示,杆对B球施的力对B球的做负功。杆对A球做功为正值。A球机械能增加,B球机械能减少。

3. 如图3-6,质量为M的木块放在光滑水平面上,现有一质量为m的子弹以速度v0射入木块中。设子弹在木块中所受阻力不变,大小为f,且子弹未射穿木块。若子弹射入木块的深度为D,则木块向前移动距离是多少?系统损失的机械能是多少?

[错解](1)以木块和子弹组成的系统为研究对象。系统沿水平方向不受外力,所以沿水平方向动量守恒。设子弹和木块共同速度为v。据动量守恒有mv0=(M+m)v

解得v=mv0

子弹射入木块过程中,摩擦力对子弹做负功

(2)系统损失的机械能

即为子弹损失的功能

 

[错解原因]错解①中错误原因是对摩擦力对子弹做功的位移确定错误。子弹对地的位移并不是D,而D打入深度是相对位移。而求解功中的位移都要用对地位移。错解②的错误是对这一物理过程中能量的转换不清楚。子弹打入木块过程中,子弹动能减少并不等于系统机械能减少量。因为子弹减少的功能有一部分转移为木块的动能,有一部转化为焦耳热。

[分析解答]以子弹、木块组成系统为研究对象。画出运算草图,如图3-7。系统水平方向不受外力,故水平方向动量守恒。据动量守恒定律有

mv0=(M+m)v(设v0方向为正)

子弹打入木块到与木块有相同速度过程中摩擦力做功:

由运动草图可S木=S子-D                 ③

 

 

 

[评析]子弹和木块相互作用过程中,子弹的速度由V0减为V,同时木块的速度由0增加到V。对于这样的一个过程,因为其间的相互作用力为恒力,所以我们可以从牛顿运动定律(即f使子弹和木块产生加速度,使它们速度发生变化)、能量观点、或动量观点三条不同的思路进行研究和分析。类似这样的问题都可以采用同样的思路。一般都要首先画好运动草图。例:如图3-8在光滑水平面上静止的长木板上,有一粗糙的小木块以v0沿木板滑行。情况与题中极其相似,只不过作用位置不同,但相互作用的物理过程完全一样。

参考练习:如图3-9一质量为M、长为l的长方形木板B放在光滑的水平地面上,在其右端放一质量为m的小木块A,m<M。现以地面为参考系,给A和B以大小相同,方向相反的初速度,使A开始向左运动,B开始向右运动,但最后A刚好没有滑离B板。求小木块A向左运动到达最远处(对地)离出发点的距离。

 

提示:注意分析物理过程。情景如图3-10。其中隐含条件A刚好没离B板,停在B板的左端,意为此时A,B无相对运动。A,B作用力大小相等,但加速度不同,由于A的加速度大,首先减为零,然后加速达到与B同速。

 0  339179  339187  339193  339197  339203  339205  339209  339215  339217  339223  339229  339233  339235  339239  339245  339247  339253  339257  339259  339263  339265  339269  339271  339273  339274  339275  339277  339278  339279  339281  339283  339287  339289  339293  339295  339299  339305  339307  339313  339317  339319  339323  339329  339335  339337  339343  339347  339349  339355  339359  339365  339373  447090 

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