Question

【题目】如图甲所示，水平传送A、B两轮间的距离L=3.0m，质量M=1.0kg的物块（可视为质点）随传送带一起以恒定的速率v0向左匀速运动，当物块运动到最左端时，质量m=0.020kg的子弹以u0=400m/s的水平速度向右射中物块并穿出．在传送带的右端有一传感器，测出物块被击穿后的速度随时间的变化关系如图乙所示（图中取向右运动的方向为正方向，子弹射出物块的瞬间为t=0时刻）．设子弹击穿物块的时间可忽略不计，且子弹不会击中传感器而发生危险，物块的质量不因被子弹击穿而发生改变．不计空气阻力及A、B轮的大小，取重力加速度g=10m/s2 ．

（1）求物块与传送带间的动摩擦因数μ；
（2）求子弹击穿物块的过程中产生的热量Q1；
（3）如果从第一颗子弹击中物块开始，每隔△t=1.5s就有一颗相同的子弹以同样的速度击穿物块，直至物块最终离开传送带．设所有子弹与物块间的相互作用力均相同，求整个过程中物块与传动带之间因摩擦产生的热量Q2 ．

Answer 1

【答案】
（1）解：据速度图象可知，物块在滑动摩擦力的作用下做匀变速运动，在0～1s内物块的速度由4m/s减为0．

此过程物块的加速度大小 =4.0 m/s2

由牛顿第二定律有 f=μmg=ma 解得 =0.40

答：物块与传送带间的动摩擦因数μ为0.4；

（2）物块被击中前的速度大小为v0=2.0m/s，由速度图象可知物块被击穿后瞬间物块的速度大小v=4.0m/s，方向向右．

设子弹击穿物块后的速度为u，以向右为正方向

根据动量守恒定律有 mu0﹣Mv0=mu+Mv

解得 u= =100 m/s

根据能量守恒有 Q1= =1.49×103 J

答：求子弹击穿物块的过程中产生的热量Q1为1.49×103 J；

（3）第1颗子弹击穿物块后，物块向右运动的时间为t1=1.0 s，设向右运动的最大距离为x1，则x1= t1=2.0 m，

1.0s时物块改为向左运动，运动时间为t2=0.50s，位移大小为x2= t2=0.50m

所以在△t=1.5s时间内，物块向右运动的距离为l=x1﹣x2=1.5m

在△t=1.5s时间内，物块相对传送带的位移为△x1=l+x3=4.5m

在t=1.5s时物块的速度与传送带速度相同，所以第二颗子弹击中物块后的运动情况与第一颗子弹击中物块后运动情况相同，向右运动的可能达到的最大距离为2.0m，

而此时物块与传送带右端距离为l=1.5m，故物块中第二颗子弹后将画出传送带．

设物块被第二颗子弹击穿后，其在传送带上滑行的时间为t3

根据运动学公式：△l=vt3 at32

解得：t3=0.50s

物块第二次被击穿后相对传送带的位移△x2=△l+v0t3=2.5m

所以Q2=μmg（△x1+△x2）=28J

答：如果从第一颗子弹击中物块开始，每隔△t=1.5s就有一颗相同的子弹以同样的速度击穿物块，直至物块最终离开传送带．设所有子弹与物块间的相互作用力均相同，整个过程中物块与传动带之间因摩擦产生的热量Q2为28J．

【解析】根据题意可以判断出子弹击中木块的瞬间动量守恒，可以用动量守恒定律求出木块向右的初速度，木块在传送带上做匀减速直线运动，再由速度时间关系式解出1s后的速度，把其与传送带的速度比较，判断木块是否已经达到匀速，还可以解出此过程中木块向右运动的最大距离；下一个过程再用动量守恒定律与第一过程比较．木块和传送带间因摩擦产生的热量等于滑动摩擦力乘以木块与传送带之间的相对位移．
【考点精析】认真审题，首先需要了解动量守恒定律(动量守恒定律成立的条件：系统不受外力或系统所受外力的合力为零；系统所受的外力的合力虽不为零，但系统外力比内力小得多；系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统的总动量的分量保持不变)，还要掌握能量守恒定律(能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变)的相关知识才是答题的关键．