定义 子弹射入木块并相对静止,利用动量守恒求共同速度,结合能量守恒求系统损失的机械能。
从哪来 基于 7.3 子弹打木块 的核心模型,结合 2.1 质点模型 将物体简化,以及 3.2 匀变速直线运动 分析受力与位移关系。
为什么 子弹射入木块瞬间,内力(摩擦力)远大于外力(重力、支持力),故系统动量守恒。但子弹与木块间存在相对滑动,摩擦力做负功,将部分机械能转化为内能(热量),因此机械能不守恒。这是“动量守恒”与“能量转化”在碰撞模型中的典型结合。
适合:逻辑严密、擅长代数推导的学生**
**核心:纯公式推导法**
1. **动量守恒
$mv_0 = (M+m)v$,解出共同速度 $v$。
2.
能量守恒:系统初动能 $E_{k1} = \frac{1}{2}mv_0^2$,末动能 $E_{k2} = \frac{1}{2}(M+m)v^2$。
3.
能量损失:$Q = E_{k1} - E_{k2}$。
4.
关联深度:指出 $Q = f \cdot d_{rel}$,其中 $d_{rel}$ 是子弹相对木块的位移(即嵌入深度 $L$)。
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优点:直接、快速,适合考试解题。
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缺点:容易忽略 $d_{rel}$ 与木块对地位移 $s$ 的区别。
适合:空间想象力强、喜欢物理图像的学生**
**核心:相对运动图像法**
1. **画 $v-t$ 图
子弹做匀减速,木块做匀加速,两者在 $t_1$ 时刻速度相等。
2.
面积意义:
* 木块图线下面积 = 木块对地位移 $s$。
* 子弹图线下面积 = 子弹对地位移 $s + L$。
* 两图线围成的三角形面积 = 相对位移 $L$。
3.
能量对应:摩擦力 $f$ 乘以相对位移 $L$(三角形面积)即为产生的热量 $Q$。
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优点:直观展示“相对位移”概念,避免混淆对地位移。
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缺点:对作图能力要求较高。
适合:基础薄弱、易混淆概念的学生**
**核心:受力分析与做功对象法**
1. **明确对象
分别对子弹、木块列动能定理。
* 子弹:$-f(s+L) = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$
* 木块:$f \cdot s = \frac{1}{2}Mv^2 - 0$
2.
相加消元:两式相加,左边 $-fL$ 即为系统机械能损失,右边为系统动能变化。
3.
强调区别:$f \cdot s$ 是木块获得的动能,$f \cdot (s+L)$ 是子弹损失的动能,差值 $f \cdot L$ 才是热能。
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优点:从微观受力出发,逻辑链条清晰,不易出错。
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缺点:计算步骤稍多。