建立和研究實際問題的物理模型既可以更概括、更簡捷、更普遍地描述物理規(guī)律,又可以簡捷地解決實際問題.在動量守恒定律應用中,有很多題目是“子彈打擊木塊”模型的變形及其綜合應用.在分析和解答此類問題時,聯(lián)想模型,通過類比和等效的方法,就能抓住問題的物理本質(zhì),使問題迅速得到解決.“子彈打擊木塊”的模型一般分為兩類,具體分析如下:
一、第一類情況:子彈打擊木塊未射穿
模型1如圖1所示,質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射向木塊(設子彈在木塊內(nèi)受恒定阻力).但沒 有射穿木塊.求木塊的最大速度?
(1)多長時間后物體m2脫離小車?
(2)物體m2在車上滑動的過程中,m2對小車的摩擦力所做的正功和小車對m1的摩擦力所做的負功各是多少?(g=10m/s)
解析(1)物體m2滑上小車后受小車對它向左滑動摩擦力作用,開始向右做勻減速運動,與此同時,小車受物體向右的滑動摩擦力作用,開始向右做初速為零的勻加速運動.物體脫離小車時即二者對地位移差等于車長L.設物體和小車的加速度大小分別為a2、a1,則由牛頓第二定律,知
a1=(μm2g)/m1=μg=0.5m/s,
a2=-(μm2g)/m2=-μg=-0.5m/s.
設經(jīng)時間t物體脫離小車,則
L=s2-s1=(v0t-(1/2)a2t2)-(1/2)a1t2,
將a1、a2、L、v0數(shù)值代入上式,計算可得
t1=1s,t2=4s(舍去).
(2)由t1=1s知物體的位移為
s2=v0t-(1/2)a2t2=2.25m.
小車的位多為s1=(a1t2/2)=0.25m.
則W1=μmgs1=0.125J,
W2=-μmgs2=-1.125J.
也可用動能定理來求,物體與小車分離時,物體速度為
v2=v0-a2t=2m/s,
小車的速度為v1=a1t=0.5m/s,
對小車用動能定理,得W1=(1/2)m1v12=0.125J.
對物體用動能定理,得
W2=(1/2)m2v22-(1/2)m2v02=-1.125J.
評析“子彈打擊木塊”模型的實質(zhì)是物體在一對作用力和反用力(系統(tǒng)的內(nèi)力)的沖量作用下,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)物體的動量變化、動能變化和能量變化.若系統(tǒng)在水平方向(或豎直方向)不受外力,或外力與內(nèi)力相比可忽略不計,故系統(tǒng)的總動量保持不變.所以可從“模型”的科學思維方法來拓寬“子彈打擊木塊”,從而達到快速、準確地解決疑難問題,培養(yǎng)學生一題多解,多題一解,融會貫通,進而達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的效果.
如圖所示,在光滑水平桌面上有一光滑小孔O,一根輕繩穿過小孔,一端連接質(zhì)量m=1.0kg的小球A,另一端連接質(zhì)量M=4.0kg的重物B.求:
如圖所示,在光滑水平桌面上有一光滑小孔O,一根輕繩穿過小孔,一端連接質(zhì)量m=1.0kg的小球A,另一端連接質(zhì)量M=4.0kg的重物B.求:
(1) 當A球沿半徑r=0.1m的圓做勻速圓周運動,=10rad/s時,B對地面的壓力多大?
(2) 當A 球的角速度多大時,B物體將開始要離開地面?(g取10m/s2)
(1) 當A球沿半徑r=0.1m的圓做勻速圓周運動,=10rad/s時,B對地面的壓力多大?
(2) 當A 球的角速度多大時,B物體將開始要離開地面?(g取10m/s2)
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