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应用动量定理的整体思维

 新用户65120Joi 2023-05-15 发布于山西
         
板块为道具,主考动量和能量。
         
把题审清,一二问相当顺利。第三问需要用点心思考一下。

子弹打木块,很传统的模型,有的打出去了,有的留在木块里边,题干中有了一句“此过程时间极短”,说明轻绳还未来得及摆动,子弹和木块组成的系统动量守恒。
         
子弹打入木块后,轻绳恰好被拉断,有轻绳,没考圆周运动,考了向心力,这个特殊位置需要注意,牛二定律是用来解决瞬时动力学问题的。
         
恰好A与B共速时,B与台阶相碰。
         
第三问只要略微思考一下,就应该能意识到这是一个求解范围的问题。滑板B与台阶只碰两次,这句话需要好好理解一下。
         
子弹打完木块到滑板B与台阶碰撞这个过程中,子弹、物块A、滑板B这三个物体组成的系统动量守恒。B与台阶碰撞一次是个必然事件,因为系统的初始动量方向水平向右。

注意一下题干中滑板B和子弹及物块A的总质量,即可达到与挡板碰撞两次以上就需要对子弹的速度作出一定的要求。
         
x若取第二问的值,则系统第一次共速时恰好与台阶碰撞的话,滑板B不会第二次再与台阶碰撞,因为共速之后B被等速反弹,B的质量又大于子弹与物块A的质量和,导致碰撞后系统的总动量向左。
         
因此要想保证滑板B与挡板发生二次碰撞,则子弹的初速度必须大于v0,若子弹的初速度大于v0,则滑板第一次与台阶碰撞的速度就必然是上边方程中的vB,在子弹打入物块后到滑板B未碰台阶前,系统动量依然守恒。
滑板B与台阶碰撞后速度反向,大小保持不变,要保证还能第二次相碰,则

解到这一步,好像感觉题解完了,再看看题干要求。“仅碰两次”,若v0足够大,滑板还是足够长,第二次碰后若系统总动量还是向右,则会发生第三次碰撞,因此还需要设定v0的最大值,保证不能发生第三次碰撞。
接着往下思考,满足此式,可发生第二次碰撞,不等式两边的表达式相等时是临界条件。
         
若是第二次碰撞时系统又达到共速,则绝没有发生第三次碰撞的可能,但子弹对应的初速也不是仅发生两次碰撞的最大速度,因此,要找到发生两次碰撞对应的最大速度,则第二次碰撞时,子弹和物块的速度比滑板B的速度要大。第一二次碰撞的时间间隔内,系统始终没有达到共速。
         
这样的话,就可以得到如下结论:第一二次碰撞台阶的时间间隔内,滑板B先向左做匀减速直线运动,减为零后再向右做匀加速直线运动,加速度大小方向一直未变,因此第二次碰撞台阶时,速度大小还是vB,第二次碰撞结束后,保证不发生第三次碰撞的条件是系统的总动量变为零。这样的话,对于子弹的最大初速问题,还可以这样来理解。前两次碰撞,台阶每次给了系统水平向左的大小为2mBvB的冲量。
         
因此,满足条件的速度最大值和最小值,满足:
         
看不过来的话,搞个分解动作试试:
         
上下两组方程,可看作是对运动过程的整体法和隔离法。
本题的考点其实并不复杂,道具也好,运用的物理规律也好,都比较常见。根据物理过程逐步推导就可以得出结论,对于反复运动的问题,反复的次数较少的话,可以考虑穷举法,反正也列不了几次,做得时候内心相对还坦然一点,对于次数较多,甚至是无穷多次,考虑全局找通式相对较好,但对思维的要求就高一个层次了。即使如此,写一两次反复运动的表达式,拿点步骤分还是可以的。

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