题目
中国大学MOOC: 设速度为v的子弹打穿一木板后速度降为v/2,子弹在运动中受到木板的阻力可看成是恒定的. 那么当子弹进入木块的深度是木块厚度的一半时,此时子弹的速度是
中国大学MOOC: 设速度为v的子弹打穿一木板后速度降为v/2,子弹在运动中受到木板的阻力可看成是恒定的. 那么当子弹进入木块的深度是木块厚度的一半时,此时子弹的速度是
题目解答
答案

解析
步骤 1:确定子弹的动能变化
子弹在进入木板前的速度为v,进入木板后速度降为v/2。根据动能定理,动能的变化等于力所做的功。由于木板的阻力是恒定的,我们可以用动能的变化来表示子弹在木板中运动的位移。
步骤 2:计算子弹动能变化与位移的关系
设子弹的质量为m,木板的厚度为d。子弹在木板中运动时,动能的变化为:
$$\Delta E_k = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}m\left(\frac{v}{2}\right)^2 = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{8}mv^2 = \frac{3}{8}mv^2$$
由于木板的阻力是恒定的,设阻力为F,则子弹在木板中运动的位移d与动能变化的关系为:
$$Fd = \frac{3}{8}mv^2$$
步骤 3:计算子弹进入木块一半厚度时的速度
当子弹进入木块的深度是木块厚度的一半时,即位移为d/2,设此时子弹的速度为v'。根据动能定理,子弹在木板中运动的动能变化为:
$$\Delta E_k' = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
由于木板的阻力是恒定的,子弹在木板中运动的位移d/2与动能变化的关系为:
$$F\frac{d}{2} = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
将步骤2中的Fd = 3/8mv^2代入上式,得到:
$$\frac{3}{8}mv^2 = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
解得:
$$v'^2 = \frac{5}{8}v^2$$
$$v' = \sqrt{\frac{5}{8}}v$$
子弹在进入木板前的速度为v,进入木板后速度降为v/2。根据动能定理,动能的变化等于力所做的功。由于木板的阻力是恒定的,我们可以用动能的变化来表示子弹在木板中运动的位移。
步骤 2:计算子弹动能变化与位移的关系
设子弹的质量为m,木板的厚度为d。子弹在木板中运动时,动能的变化为:
$$\Delta E_k = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}m\left(\frac{v}{2}\right)^2 = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{8}mv^2 = \frac{3}{8}mv^2$$
由于木板的阻力是恒定的,设阻力为F,则子弹在木板中运动的位移d与动能变化的关系为:
$$Fd = \frac{3}{8}mv^2$$
步骤 3:计算子弹进入木块一半厚度时的速度
当子弹进入木块的深度是木块厚度的一半时,即位移为d/2,设此时子弹的速度为v'。根据动能定理,子弹在木板中运动的动能变化为:
$$\Delta E_k' = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
由于木板的阻力是恒定的,子弹在木板中运动的位移d/2与动能变化的关系为:
$$F\frac{d}{2} = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
将步骤2中的Fd = 3/8mv^2代入上式,得到:
$$\frac{3}{8}mv^2 = \frac{1}{2}mv'^2 - \frac{1}{2}mv^2$$
解得:
$$v'^2 = \frac{5}{8}v^2$$
$$v' = \sqrt{\frac{5}{8}}v$$