题目
设一子弹穿过厚度为l的木块其初速度大小至少为v,如果木块的材料不变,而厚度增为2l,则要穿过这木块,子弹的初速度大小至少要增为( )A. 2vB. sqrt (2)vC. frac (1) (2)vD. frac (v) (sqrt {2)}
设一子弹穿过厚度为l的木块其初速度大小至少为v,如果木块的材料不变,而厚度增为$2l$,则要穿过这木块,子弹的初速度大小至少要增为( )
A. $2v$
B. $\sqrt {2}v$
C. $\frac {1} {2}v$
D. $\frac {v} {\sqrt {2}}$
题目解答
答案
B. $\sqrt {2}v$
解析
考查要点:本题主要考查动能定理的应用,理解恒力做功与动能变化的关系。
解题核心思路:
当子弹以最小初速度穿透木块时,其末速度为零。根据动能定理,子弹克服阻力做的功等于其初动能。由于木块材料不变,阻力恒定,厚度变化时,需重新建立动能与功的关系式,联立求解即可。
破题关键点:
- 阻力恒定是隐含条件,需明确木块材料不变时阻力不变。
- 厚度变化后,总功为原功的2倍,但初动能需重新满足穿透条件。
设木块对子弹的阻力为$f$,原厚度为$l$时,子弹初速度为$v$,末速度为$0$。根据动能定理:
$f \cdot l = \frac{1}{2}mv^2 \quad \text{(1)}$
当厚度变为$2l$时,子弹初速度为$v'$,末速度仍为$0$。同理有:
$f \cdot 2l = \frac{1}{2}mv'^2 \quad \text{(2)}$
联立方程(1)和(2):
将$f = \frac{\frac{1}{2}mv^2}{l}$代入方程(2):
$\frac{\frac{1}{2}mv^2}{l} \cdot 2l = \frac{1}{2}mv'^2$
化简得:
$v'^2 = 2v^2 \quad \Rightarrow \quad v' = v\sqrt{2}$