專(zhuān)題10子彈打木塊問(wèn)題-2020年高考物理核心探秘

1、專(zhuān)題十、子彈打木塊問(wèn)題問(wèn)題分析3個(gè)不定項(xiàng)一個(gè)長(zhǎng)方體木塊,靜止在光滑水平面上,一個(gè)子彈以某一初速度沿水平方向射入該木塊,最終沒(méi)有射穿.阻力始終恒定,那么在這個(gè)過(guò)程中限時(shí)15分鐘.勇于挑戰(zhàn)自己！假設(shè)產(chǎn)生內(nèi)能10J,那么子彈損失的能量可能為A.4JB.7JC.10JD.12J2假設(shè)子彈損失動(dòng)能為10J,那么木塊動(dòng)能可能為A.3JB.5JC.1JD.7J3假設(shè)木塊獲得動(dòng)能為10J,那么產(chǎn)生內(nèi)能可能為A.14JB.10JC.29JD.7J變?yōu)?：一個(gè)長(zhǎng)方體木塊,靜止在光滑水平面上,一個(gè)子彈以某一初速度沿水平方向射入該木塊,最終沒(méi)有射穿.阻力始終恒定,那么在這個(gè)過(guò)程中1假設(shè)產(chǎn)生內(nèi)能10J,那么子彈損失的能

2、量可能為A.13JB.19J(2)假設(shè)子彈損失動(dòng)能為A.3JB.5J(3)假設(shè)木塊獲得動(dòng)能為A.12JB.15JC.21JD.23J10J,那么木塊動(dòng)能可能為C.15JD.37J10J,那么產(chǎn)生內(nèi)能可能為C.66JD.20J變?yōu)?:一個(gè)長(zhǎng)方體木塊,靜止在光滑水平面上,一個(gè)子彈以某一初速度沿水平方向射入該木塊,最終沒(méi)有射穿.阻力始終恒定,那么在這個(gè)過(guò)程中(1)假設(shè)產(chǎn)生內(nèi)能10J,那么木塊動(dòng)能不可能為()A.4JB.7JC.10JD.12J(2)假設(shè)木塊獲得動(dòng)能為10J,那么子彈損失的能量可能為()A.16JB.20JC.22JD.32J(3)假設(shè)子彈損失動(dòng)能為10J,那么產(chǎn)生內(nèi)能不可能為()A.

3、3JB.4JC.6JD.9J子彈打木塊核心探秘一、核心裝備：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V0水平飛來(lái)打進(jìn)木塊并留在其中,設(shè)子彈與木塊之間的相互作用力恒為f【題問(wèn)透視1】子彈停在木塊中時(shí)二者的共同速度:子彈、木塊停在木塊中,設(shè)相對(duì)靜止時(shí)的速度v由動(dòng)量守恒得:mv0=(M+m)vmv=V0Mm【題問(wèn)透視2】子彈停打入木塊中時(shí)間設(shè)子彈在木塊內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,由動(dòng)量定理得:以木塊為研究對(duì)象,對(duì)木塊ft=Mv-0或以子彈為研究對(duì)象,對(duì)子彈-ft=mv-mv0Mmv0f(Mm)【題問(wèn)透視3】子彈、木塊的位移即子彈打入木塊的深度子彈、木塊發(fā)生的位移以及子彈打入木塊的深度,各個(gè)量

4、如下圖由動(dòng)能定理得:對(duì)子弓-fsi=1mv2-mvo2222_Mm(M2m)v0S1=2-2f(Mm)2對(duì)木塊：fS2=-Mv2222MmVo一S2二工2f(Mm)打進(jìn)深度就是相對(duì)位移:2ccMmv0不s相=Si-S2=d2f(Mm)2Mm(M2m)v0由得：Si：S2=2f(M2m)=(M2m)=2+M>2,所以S1>2S2MmVomm2f(mm72Mm(M2m)vo由得：Si：S=2f(M2m)2=M_2m>1,MmvoMm2f(mmy所以Si>S相一22Mmv0_C工/n12rv»由得：S2：$相=一=<i,所以S2<S相Mmv0Mm2f(m

5、m)綜上所述,Si>S»S2.【題問(wèn)透視4】系統(tǒng)損失的機(jī)械能、系統(tǒng)增加的內(nèi)能E損=Lmv02-1(M+m)v2=-MmV02222(Mm)由題間透視3可得系統(tǒng)增加的內(nèi)能：Q=f(Si-S2)=fs=MmV022(Mm)說(shuō)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.【題問(wèn)透視5】比擬Si、S2、S相的大小關(guān)系由題問(wèn)透視3可知：Si>Sffi>S2圖像法是科學(xué)的肢體語(yǔ)言,其最大特點(diǎn)是直觀(guān)明了,簡(jiǎn)潔方便,可以防止繁瑣運(yùn)算,下面運(yùn)用圖像來(lái)處理:子彈做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),木塊做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),為此作出子彈和木塊的速度時(shí)間(v-

6、t)圖像由圖可以判定:不管m、M關(guān)系怎樣總、有$相>$2s1>2s2,即S1>$相>$2假設(shè)m<M那么s相>2s2si>3s2【題問(wèn)透視6】比擬產(chǎn)生的內(nèi)能、木塊獲得的動(dòng)能、子彈損失的動(dòng)能由前述可知,木塊獲得的動(dòng)能為：2121m、21Mm2E木塊=-Mv=-M(V0)=2V022Mm2(Mm)-rLvOE子彈：Q=2(Mm)=M2m>11Mm2Mmvo2(Mm)所以,E子彈>Q>E木塊三者具體大小關(guān)系詳析是E木塊=fsE子彈=fs1Q=fs相=£s1-s2)子彈損失的動(dòng)能：2匚_1212121m21Mm(M2m)2小E子彈一一

7、mvo-mv=-mvo-m2vo=1vo2222(Mm)22(Mm)系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能：Q=Mm(M2m)2mvo2-1(M+m)v2=1Mmvo2222(Mm)由可知:E木塊：21Mm22voE子弓單=2(Mm)=1 Mm(M2m)22vo2 (Mm)<1,由可知1Mm2272vo_E木塊：Q=2(M一四一=<1,E木塊<Q1 Mm2MmTvo由可知2 (Mm)不管m、M關(guān)系怎樣,總有$相>$2s1>2s2,即s>$相>建E木塊=fs2E子彈=fs1>f,s2Q=fs相=£s1-s2)>fs2E木塊>2所以,Q:E木塊>

8、1,£子彈：Q>2(這個(gè)關(guān)系也許不一定總成立),AE子彈:假設(shè)m<M那么s相>2s2si>3s2E木塊=fsE子彈=fs1>f-s2Q=fs相=fsi-s2>fs2所以,Q:E木塊>2,£子彈：Q>1.5這個(gè)關(guān)系也許不一定總成立,E子彈：E木塊>3【題問(wèn)透視7】要使子彈不穿出木塊,木塊至少多長(zhǎng)？V0、m、M、f一定設(shè)子彈剛好穿出木塊,木塊的長(zhǎng)度也可以稱(chēng)厚度為L(zhǎng)運(yùn)用能量關(guān)系：fL=1mvo2-1M+mv22L=Mmvo2fMm三、小結(jié)：子彈打木塊這類(lèi)問(wèn)透視,關(guān)鍵是要抓住動(dòng)量與能量這兩條主線(xiàn),弄清系統(tǒng)內(nèi)參與做功的是什么力？其

9、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(wèn)法上都有不同之處,但解決問(wèn)透視的思路卻是相同的,這就要求我們?cè)谖锢斫虒W(xué)過(guò)程中,注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)透過(guò)現(xiàn)象抓住本質(zhì),吃透根本模型,從而可使學(xué)生跳出透視海,既學(xué)會(huì)了怎樣學(xué)習(xí),又提升了學(xué)習(xí)效率.題精講【題1】木板M放在光滑水平面上,木塊m以初速度vo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)為的求：-vomM1 .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時(shí)間；3 .在整個(gè)過(guò)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：【題2】如下圖,光滑水平面上,木板以vo向右運(yùn)動(dòng),木塊m輕輕放上木板的

10、右端,令木塊不會(huì)從木板上掉下來(lái),兩者間動(dòng)摩擦因數(shù)為由求mvoM-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)？假設(shè)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,那么相對(duì)滑動(dòng)過(guò)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：Mv0=(M+m)v(1)解得v=-M-V0Mm對(duì)木塊使用動(dòng)能定理：mgs=mv22解得S1=一M-一2v.22g(Mm)2根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：1Mv02-1(M+m)v2=Mmv.222(Mm)科mglmin=1Mv02-122(M+m)v2(6)Lmin=MV022g(Mm)相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程,木塊做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),

11、而木板做勻速運(yùn)動(dòng)木塊發(fā)生位移Si'幺t(8)2木板發(fā)生位移S2'v.%t(9)2相對(duì)位移s=S2-Si'血t=Si'(10)2系統(tǒng)增加內(nèi)能Q=mgS相=1mv.2(11)水平力所做的功W=AEkm+Q=mv.2(12)【題3】如下圖,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A開(kāi)始向左運(yùn)動(dòng),B開(kāi)始向小木塊A,m<M,現(xiàn)以地面為參照系,給A、B以大小相等,方向相反的初速度,使右運(yùn)動(dòng),最后A剛好沒(méi)有滑離木板B,以地面為參照系.(1)A和B的初速度大小v.,求A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù),A、B相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中,A向左運(yùn)動(dòng)的最大距離;(2

12、)假設(shè)初速度大小未知,求A向左運(yùn)動(dòng)的最大距離.V%左BM解析：設(shè)向左為正方向,A和B的共同速度為v,由動(dòng)量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)vMmv=voMm由能量關(guān)系得:mgL1(M+m)vo2-1(M+m)v2_Mv2臣(Mm)gL根據(jù)動(dòng)能定理:12-mgs0-mvo22c%s=2g解、得：S'MMmL【題4】如下圖,質(zhì)量為M的水平木板靜止在光滑的水平地面上,板在左端放一質(zhì)量為m的鐵塊,現(xiàn)給鐵塊一個(gè)水平向右的瞬時(shí)沖量使其以初速度V0開(kāi)始運(yùn)動(dòng),并與固定在木板另一端的彈簧相碰后返回,恰好又停在木板左端.求:整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)克服摩擦力做的功.假設(shè)鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為山那么鐵塊對(duì)木

13、塊相對(duì)位移的最大值是多少?系統(tǒng)的最大彈性勢(shì)能是多少?解析：該透視外表上看多了一個(gè)彈簧,且在與彈簧發(fā)生相互作用時(shí),其相互作用力的變力,但解透視關(guān)鍵,仍然是抓住動(dòng)量、能量這兩條主線(xiàn)：設(shè)彈簧被壓縮至最短時(shí),共同速度為vi,此時(shí)彈性勢(shì)能最大設(shè)為EP,鐵塊回到木板左端時(shí),共同速度v2,那么由動(dòng)量守恒定律得：mvo=(M+m)vimvo=(M+m)v2整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)克服摩擦做的功Wf=1mvo2-1(M+m)v22Mm2Wf=vo22(Mm)系統(tǒng)克服摩擦做的功Wf=2mgLL="vo24g(Mm)根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,得1Wf+Ep=1mvo2-1(M+m)vi22Mmvo0-Ep=4(Mm)【

14、題5】在光滑的水平軌道上有兩個(gè)半徑都是r的小球A和B,質(zhì)量分別為m和2m,當(dāng)兩球心間的距離大小為L(zhǎng)(L>>2r)時(shí),兩球間無(wú)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vo正對(duì)靜止的B球開(kāi)始運(yùn)動(dòng),欲使兩球不發(fā)生碰撞,那么vo必須滿(mǎn)足什么條件？voA1：B.-L解析：欲使兩球不發(fā)生碰撞類(lèi)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：mvo=3mv由能量關(guān)系：Fs=1mvo2-3mv222而sWL-2r"voW(L2r)m【題6】如下圖,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Co右極板有一個(gè)小孔,通過(guò)小孔有一長(zhǎng)為2d的絕緣桿,左端固定在左極板上,電容器極板連同底座、絕緣桿總質(zhì)量為Mo給電容器充入電量QB,有一質(zhì)量為m、帶電量+q的環(huán)套在桿上以某一初速度vo對(duì)準(zhǔn)小孔向左運(yùn)動(dòng)(M=3m).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：2(1)電環(huán)與左極板間相距最近時(shí)的速度;(2)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(lèi)似于子彈,木塊相對(duì)靜止