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题目(普通高中课程标准实验教科书必修2第74页第2题)质量为2 g的子弹,以300 m/s的速度射入厚度是5 cm的木板(图1),射出后的速度是100 m/s.子弹射穿木板的过程中受到的平均阻力是多大?你对题目中所说的“平均”一词有什么认识?
解析子弹穿过木板的过程中,时间非常短,在竖直方向的位移极小,因此不考虑重力做的功,所以认为阻力F做的功就等于合外力做的功,即W合=-Fl.
子弹穿过木板过程中动能的损失
ΔEk=112mv22-112mv21,
根据动能定理知W合=ΔEk,
也就是-Fl=112mv2-112mv1,
可以求得F=112mv21-112mv221l,
代入数据得F=1.6×103 N,因为子弹在穿过木板的过程,阻力在變化,所以认为求出的力F为平均阻力.
在上述的求解过程中,求平均力的大小用的是力在空间上的累积效应与位移的比值,这种求法是学生不容易理解,因为在高中阶段,求平均值时用的都是此物理量在时间上的累积效应与时间的比值.比如说,平均速度是速度在时间上累积效应与时间的比值=Δx1Δt;平均加速度是加速度在时间的上累积效应与时间的比值=Δv1Δt;平均电流是通过截面的电荷量与时间的比值=ΔQ1Δt;平均感应电动势是磁通量的变化量与时间的比值=nΔΦ1Δt.按照对平均值理解,求力的平均值不是
=112mv21-112mv221l,
而是用=Δmv1Δt.
因为力在时间上的累积效应是冲量,按照动量定理知道力的冲量应该在大小上等于动量的变化量,即Ft=Δmv,
所以=Δmv1Δt.
鉴于上述分析,也为了学生好理解,笔者建议将题干中的设问改成:将子弹受的阻力视为恒力,求此恒力的大小?
解析子弹穿过木板的过程中,时间非常短,在竖直方向的位移极小,因此不考虑重力做的功,所以认为阻力F做的功就等于合外力做的功,即W合=-Fl.
子弹穿过木板过程中动能的损失
ΔEk=112mv22-112mv21,
根据动能定理知W合=ΔEk,
也就是-Fl=112mv2-112mv1,
可以求得F=112mv21-112mv221l,
代入数据得F=1.6×103 N,因为子弹在穿过木板的过程,阻力在變化,所以认为求出的力F为平均阻力.
在上述的求解过程中,求平均力的大小用的是力在空间上的累积效应与位移的比值,这种求法是学生不容易理解,因为在高中阶段,求平均值时用的都是此物理量在时间上的累积效应与时间的比值.比如说,平均速度是速度在时间上累积效应与时间的比值=Δx1Δt;平均加速度是加速度在时间的上累积效应与时间的比值=Δv1Δt;平均电流是通过截面的电荷量与时间的比值=ΔQ1Δt;平均感应电动势是磁通量的变化量与时间的比值=nΔΦ1Δt.按照对平均值理解,求力的平均值不是
=112mv21-112mv221l,
而是用=Δmv1Δt.
因为力在时间上的累积效应是冲量,按照动量定理知道力的冲量应该在大小上等于动量的变化量,即Ft=Δmv,
所以=Δmv1Δt.
鉴于上述分析,也为了学生好理解,笔者建议将题干中的设问改成:将子弹受的阻力视为恒力,求此恒力的大小?