Question

如图3－10，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？

Answer 1

（1）据动量守恒定律有
mv₀=" (M+m)v" (设v₀方向为正)

（2）　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
　　
　　

【错解分析】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/(M+m)
　　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。
　　【正确解答】以子弹、木块组成系统为研究对象。画出运算草图，如图3—11。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
　　
　　

　　【小结】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3-12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。