子彈打木塊模型及其應(yīng)用

1、子彈打木塊模型及其應(yīng)用江蘇省海安縣立發(fā)中學(xué)楊本泉 遷移能力的培養(yǎng)是物理教學(xué)過程中的重要組成部分。在物理習(xí)題教學(xué)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建正確的物理模型，掌握基本模型的思維方法并能合理的遷移，可以受到事半功倍的效果。子彈打木塊問題是高中物理主干知識(shí)：動(dòng)量與能量相結(jié)合應(yīng)用的重要模型之一。一、 原型一質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上，一質(zhì)量m的子彈以初速度v水平飛來打進(jìn)木塊并留在其中，設(shè)相互作用力為f問題1子彈、木塊相對(duì)靜止時(shí)的速度v由動(dòng)量守恒得：mv0=(M+m)v 問題2子彈在木塊內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間由動(dòng)量定理得：對(duì)木塊或?qū)ψ訌梿栴}3子彈、木塊發(fā)生的位移以及子彈打進(jìn)木塊的深度由動(dòng)能定理得：對(duì)子彈：對(duì)木塊：

2、打進(jìn)深度就是相對(duì)位移S相S1S2問題4系統(tǒng)損失的機(jī)械能、系統(tǒng)增加的內(nèi)能E損由問題3可得：說明：相互作用力與相對(duì)位移（或路程）的乘積等于系統(tǒng)機(jī)械能的減小，這是一個(gè)重要關(guān)系，通常都可直接運(yùn)用。問題5比較S1、S2、S相的大小關(guān)系運(yùn)用圖象法：子彈做勻減速直線運(yùn)動(dòng)木塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)由圖可以判定： 不論m、M關(guān)系怎樣總有S相S2S12S2若mM則S相2S2S13S2問題6要使子彈不穿出木塊，木塊至少多長(zhǎng)？（v0、m、M、f一定）運(yùn)用能量關(guān)系fL=二、應(yīng)用例1木板M放在光滑水平面上，木塊m以初速度V0滑上木板，最終與木板一起運(yùn)動(dòng)，兩者間動(dòng)摩擦因數(shù)為，求：1木塊與木板相對(duì)靜止時(shí)的速度；2木塊在木板上滑行的

3、時(shí)間；3在整個(gè)過程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能；4為使木塊不從木板上掉下，木板至少多長(zhǎng)？解略：例2光滑水平面上，木板以V0向右運(yùn)動(dòng)，木塊m輕輕放上木板的右端，令木塊不會(huì)從木板上掉下來，兩者間動(dòng)摩擦因數(shù)為，求從m放上M至相對(duì)靜止，m發(fā)生的位移；系統(tǒng)增加的內(nèi)能；木板至少多長(zhǎng)？若對(duì)長(zhǎng)木板施加一水平向右的作用力，使長(zhǎng)木板速度保持不變，則相對(duì)滑動(dòng)過程中，系統(tǒng)增加的內(nèi)能以及水平力所做的功為多少？解析：根據(jù)動(dòng)量守恒定律得： 對(duì)木塊使用動(dòng)能定理： 根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律： 相對(duì)滑動(dòng)過程，木塊做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，而木板做勻速運(yùn)動(dòng)木塊發(fā)生位移 木板發(fā)生位移 （9）相對(duì)位移 （10）系統(tǒng)增加內(nèi)能 （11）水平力所做的功

4、（12）例3如圖所示，一質(zhì)量為M，長(zhǎng)為L(zhǎng)的長(zhǎng)方形木板，B放在光滑水平地面上，在其右端放上質(zhì)量為m的小木塊A，m2r)時(shí)，兩球間無相互作用力；當(dāng)兩球心間的距離等于或小于L時(shí)，兩球間有恒定斥力F，設(shè)A球從較遠(yuǎn)處以初速v0正對(duì)靜止的B球開始運(yùn)動(dòng)，欲使兩球不發(fā)生碰撞，則v0必須滿足什么條件？解析：欲使兩球不發(fā)生碰撞類似于子彈剛好不穿出木塊，故A、B間距離最短時(shí)，A、B兩球速度相等。由動(dòng)量守恒定律得： 由能量關(guān)系： 而 例6 如圖所示，電容器固定在一個(gè)絕緣座上，絕緣座放在光滑水平面上。平行板電容器板間距離為d，電容為C。右極板有一個(gè)小孔，通過小孔有一長(zhǎng)為的絕緣桿，左端固定在左極板上，電容器極板連同底座、

5、絕緣桿總質(zhì)量為M。給電容器充入電量Q后，有一質(zhì)量為m、帶電量q的環(huán)套在桿上以某一初速度v0對(duì)準(zhǔn)小孔向左運(yùn)動(dòng)（M3m）。設(shè)帶電環(huán)不影響電容器板間電場(chǎng)的分布，電容器外部電場(chǎng)忽略不計(jì)。帶電環(huán)進(jìn)入電容器后距左板最小距離為d，試求：帶電環(huán)與左極板間相距最近時(shí)的速度；帶電環(huán)受絕緣桿的摩擦力。解析：帶電環(huán)距左板最近時(shí)，類似于子彈，木塊相對(duì)靜止時(shí)由動(dòng)量守恒定律得： 帶電環(huán)與其余部分間的相互作用力，做功的有 電場(chǎng)力 摩擦力f由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得 三、小結(jié)：子彈打木塊這類問題，關(guān)鍵是要抓住動(dòng)量與能量這兩條主線，弄清系統(tǒng)內(nèi)參與做功的是什么力？其相對(duì)位移（或相對(duì)路程）是多少？從而順利建立等量關(guān)系，以上幾例從形式上、條件上、問法上都有不同之處，但解決