Question

如图所示，光滑轨道固定在竖直平面内，水平段紧贴地面，弯曲段的顶部切线水平、离地高为h=2.5m．滑块A静止在水平轨道上，v₀=40m/s 的子弹水平射入滑块A后一起沿轨道向右运动，并从轨道顶部水平抛出．已知滑块A的质量是子弹的3倍，取g=10m/s²，不计空气阻力．求：
（1）子弹射入滑块后一起运动的速度．
（2）滑块A到达轨道顶部水平抛出时速度多大？
（3）滑块抛出后水平位移x=？

Answer 1

分析：子弹与滑动的过程中系统动量守恒，根据动量守恒方程可以求出子弹射入滑块后一起运动的速度；滑块和子弹共同体滑上轨道的过程中只有重力做功，系统机械能守恒，根据机械能守恒方程可以求出滑块到达轨道顶部的速度v；滑块和子弹一起从轨道顶部开始做平抛运动，已知抛出点的高度和抛出的初速度，根据平抛知识可以求出落地点的水平距离．

解答：解：（1）设子弹的质量为m，则滑块的质量为3m，子弹射入前的速度v₀=40m/s，子弹射入滑块后一起运动速度为v₁，由动量守恒有：
mv₀=（m+3m）v₁…①
解得：v1=

1

4

v0=10m/s
（2）设子弹与滑块到达轨道顶部时的速度为v₂，因为轨道光滑，在滑上轨道的过程中子弹和滑块组成的系统机械能守恒，取水平地面为势能零点，则有：

1

2

(m+3m)

v

2 2

+(m+3m)gh=

1

2

(m+3m)

v

2 1

+0…②
解得：v2=

50

m/s
（3）子弹在轨道顶部将以速度v₂做平抛运动，设子弹与滑块离开轨道顶部到落到地面的时间为t，由平抛运动规律：
水平方向：x=v₂t…③
竖直方向：h=

1

2

gt2…④
③和④可得：x=5m
答：（1）子弹射入滑块后一起运动的速度10m/s．．
（2）滑块A到达轨道顶部水平抛出时速度

50

m/s
（3）滑块抛出后水平位移5m．

点评：子弹射入滑块的过程子弹和滑块组成的系统动量守恒，子弹射入滑块后一起滑上光滑轨道的过程中系统机械能守恒，子弹和滑块从轨道顶部抛出的过程中是做平抛运动，只有掌握这些知识才能解决相应的问题，题目不难，但考查知识点比较多．