如圖所示,在水平絕緣軌道上靜置一質(zhì)量為M、帶電荷量為+q的小木塊,一顆質(zhì)量為m的子彈以某一初速度υ0水平向右射入小木塊內(nèi),并在極短時間內(nèi)和小木塊一起向右運動,經(jīng)過一段距離為L、動摩擦因數(shù)為μ的水平軌道后,進(jìn)入方向豎直向上的勻強電場,然后在電場中運動.電場區(qū)域是一邊長為L的正方形,其下邊沿與水平軌道相切,場強大小為E=
2(M+m)gq
.若要使小木塊和子彈恰好從圖中P點飛出電場,子彈的初速度υ0是多少?(木塊和子彈均可以看成質(zhì)點)
分析:子彈射入木塊過程遵守動量守恒,可求得兩者共同速度.根據(jù)動能定理求出木塊進(jìn)入電場前的速度表達(dá)式.進(jìn)入電場后,由于E=
2(M+m)g
q
,子彈與木塊受到重力和電場力的作用,在電場中做類平拋運動,根據(jù)牛頓第二定律和類平拋運動的規(guī)律求出進(jìn)入電場時的速度,聯(lián)立即可求得子彈的初速度υ0
解答:解:子彈射入木塊過程,系統(tǒng)動量守恒:mυ0=(m+M)υ1
∴子彈與木塊的共同速度為:υ1=
mυ0
M+m

沿水平軌道運動距離L,根據(jù)動能定理,有:-μ(m+M)gL=
1
2
(m+M)
υ
2
2
-
1
2
(m+M)
υ
2
1

解得進(jìn)入電場前的速度為:υ2=
υ
2
1
-2μgL

進(jìn)入電場后,由于E=
2(M+m)g
q
,子彈與木塊受到重力和電場力的作用.
根據(jù)牛頓第二定律可知,子彈與木塊在電場中運動的加速度為:a=g,方向沿電場方向.
子彈與木塊在電場中做類平拋運動,要使木塊和子彈恰好從P點飛出電場,則有:
    L=υ2t
  L=
1
2
gt2

υ2=
1
2
gL

由以上各式解得:υ0=
m+M
m
1
2
(1+4μ)gL

答:要使小木塊和子彈恰好從圖中P點飛出電場,子彈的初速度υ0
m+M
m
1
2
(1+4μ)gL
點評:本題要能夠根據(jù)受力情況,分析物體的運動情況,抓住碰撞過程遵守動量守恒、滑行過程符合動能定理和類平拋運動的規(guī)律進(jìn)行求解.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,在水平絕緣光滑的實驗平臺上放置一正方形線框abcd,線框邊的邊長l=1m,線框的質(zhì)量m=2kg,電阻R=0.1Ω.線框通過絕緣細(xì)線與重物相連,重物質(zhì)量M=3kg,平臺上ef線(ef∥gh)的右方有豎直向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.5T,如果線框從靜止開始運動,進(jìn)入磁場最初一段時間是勻速的,ef線和gh線的距離s=6m,(取g=10m/s2),求:
(1)線框進(jìn)入磁場前重物M的加速度;
(2)線框進(jìn)入磁場時勻速運動的速度v;
(3)線框由靜止開始到ab運動到gh處的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱;
(4)ab邊運動到gh處的速度v’和ab邊由靜止開始運動到運動到gh線所用的時間t.

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,在水平絕緣平面上固定足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌(電阻不計),導(dǎo)軌間距為L,導(dǎo)軌左端連接一個阻值為 R的電阻,質(zhì)量為m的金屬棒(電阻不計)放在導(dǎo)軌上,金屬棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好.整個裝置放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,現(xiàn)用水平恒力F把金屬棒從靜止開始向右拉動,在拉動的過程中,下列說法錯誤的是( 。

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科目:高中物理 來源: 題型:

(2011?浙江一模)如圖所示,在水平絕緣平面上固定足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌(電阻不計),導(dǎo)軌間距為L,導(dǎo)軌左端連接一個阻值為R的電阻,質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒放在導(dǎo)軌上,金屬棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好.整個裝置放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,現(xiàn)用水平恒力F把金屬棒從靜止開始向右拉動,在拉動的過程中,下列說法正確的是( 。

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科目:高中物理 來源:2012屆江西省撫州市教研室高二上學(xué)期期末考試物理試卷(A卷) 題型:選擇題

如圖所示,在水平絕緣平面上固定足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌(電阻不計),導(dǎo)軌左端連接一個阻值為R的電阻,質(zhì)量為m的金屬棒(電阻不計)放在導(dǎo)軌上,金屬棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好.整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,在用水平恒力F把金屬棒從靜止開始向右拉動的過程中,下列說法正確的是

A.恒力F與安培力做的功之和等于電路中產(chǎn)生的電能與金屬棒獲得的動能和

B.恒力F做的功一定等于克服安培力做的功與電路中產(chǎn)生的電能之和

C.恒力F做的功一定等于克服安培力做的功與金屬棒獲得的動能之和

D.恒力F做的功一定等于電路中產(chǎn)生的電能與金屬棒獲得的動能之和

 

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