安徽成人高考成考高起点物理重点知识辅导——机械能(3)

发布时间: 2018-12-01 14:51
  例3 如图3-5,木块B与水平桌面间的接触是光滑的,子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短。现将子弹、木块和弹簧合在一起作研究对象,则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩到最短的过程中 [ ]

  A.动量守恒,机械能守恒

  B.动量不守恒,机械能不守恒

  C.动量守恒,机械能不守恒

  D.动量不守恒,机械能守恒

  「错解」以子弹、木块和弹簧为研究对象。因为系统处在光滑水平桌面上,所以系统水平方向不受外力,系统水平方向动量守恒。又因系统只有弹力做功,系统机械能守恒。故A正确。

  「错解原因」错解原因有两个一是思维定势,一见光滑面就认为不受外力。二是规律适用条件不清。

  「分析解答」以子弹、弹簧、木块为研究对象,分析受力。在水平方向,弹簧被压缩是因为受到外力,所以系统水平方向动量不守恒。由于子弹射入木块过程,发生巨烈的摩擦,有摩擦力做功,系统机械能减少,也不守恒,故B正确。

  例4 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

  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。