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如图所示,质量M=0.40kg的靶盒A位于光滑水平导轨上,开始时静止在O点,在O点右侧有范围很广的相互作用区域,如图中的虚线区域。当靶盒A进入相互作用区域时便有向左的水平恒力F=20N作用。在P处有一固定的发射器B,它可根据需要瞄准靶盒每次发射一颗水平速度v0=50m/s、质量m=0.10kg的子弹,当子弹打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短。若每当靶盒A停在或到达O点时,就有一颗子弹进入靶盒A内,求:

1)当第一颗子弹进入靶盒A后,靶盒A离开O点的最大距离

2)当第三颗子弹进入靶盒A后,靶盒A从离开O点到又回到O点所经历的时间

3)当第100颗子弹进入靶盒A时,靶盒A已经在相互作用区中运动的时间

答案

1)设第一颗子弹进入靶盒A后,子弹与靶盒的共同速度为v1

根据动量守恒,有:mv0=m+Mv1   3分)

A离开O点的最大距离为s1,由动能定理有:

-Fs1=0-3分)

解得:s1=1.25m2分)

2)根据题意,A在恒力F作用下返回O点时第二颗子弹正好打入,由于A的动量与第二颗子弹动量大小相同、方向相反,故第二颗子弹打入后,A将静止在O点。(1分)

设第三颗子弹打入A后,它们的共同速度为v3,由动量守恒得:mv0=3m+Mv3  2分)

A从离开O点到又回到O点所经历的时间为t,取碰后A运动的方向为正方向,由动量定理得:

-F=0-3分)

解得:t=0.5s2分)

3)从第(2)问的计算可以看出,每135……2n+1)颗子弹打入A后,A运动时间均为t=0.5s  故总时间t=50t=25s4分)

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