Question

某學生實驗小組為了搞清楚功、能之間的關系，設計了如下實驗：
（一）主要實驗器材：一塊正方形的軟木塊，其邊長D=15cm，一支出射速度能夠連續可調的氣槍，其子彈的質量m=10g；…
（二）主要實驗過程：把正方形的軟木塊固定在桌面上，當子彈以20m/s的水平速度從正面射入該木塊后，實驗小組測得了子彈能夠進入木塊中5cm的深度．
請你利用力學的知識，幫助他們分析和預測以下幾個問題：
（1）為了使子彈能夠穿透該木塊，那么子彈的入射速度大小至少不能低于多少？
（2）子彈的水平速度v與子彈最多能進入木塊中的深度d之間的函數關系式是怎樣的？

Answer 1

【答案】分析：（1）子彈恰好穿透木塊時，通過的位移大小等于D=15cm，此過程中阻力對子彈做負功，根據動能定理求解子彈的入射速度；
（2）根據動能定理求解v與d的關系．
解答：解：①假設子彈所受的阻力f一定，設子彈恰好穿透木塊時，子彈的入射速度大小為v．根據動能定理得
-fD=0-  ①
當子彈以20m/s的水平速度射入該木塊過程中，則有
-fd₁=0-   ②
由①：②得：．
所以為了使子彈能夠穿透該木塊，子彈的入射速度大小至少不能低于20m/s．
②當子彈的水平速度為v時，則有
-fd=0- ③
由②、③得：v²=8×10³d
答：
①為了使子彈能夠穿透該木塊，子彈的入射速度大小至少不能低于20m/s．
②子彈的水平速度v與子彈最多能進入木塊中的深度d之間的函數關系式是v²=8×10³d．
點評：本題中涉及力在空間的效果，優先考慮動能定理．此題關鍵要掌握動能定理，并能正確運用．