内容正文:
专题课:“子弹打木块”模型和“滑块—
木板”模型
1
学习任务一 “子弹打木块”模型
学习任务二 “滑块—木板”模型
随堂巩固
◆
◆
新课探究
课后习题
2
学习任务一 “子弹打木块”模型
[模型建构]
模型
图示
模型
特点 (1)子弹水平打进木块的过程中,系统的动量守恒
(2)系统的机械能有损失
水平地面光滑
学习任务一
3
两种
情景 (1)子弹嵌入木块中,两者速度相等,机械能损失最多(完全非弹性碰撞)
动量守恒:
能量守恒:
(2)子弹穿透木块
动量守恒:
能量守恒:
续表
学习任务一
4
例1 [2025·河北石家庄一中高二月考] 如图所示,长为、质量为 的木块静止
在光滑水平面上,质量为 的子弹(可视为质点)以某速度射入木块并从中射出,
已知子弹射穿木块的过程中,木块移动的距离为,所用的时间为 ,子弹所受
阻力恒定不变,则子弹射入木块前瞬间的速度 为( )
A. B.
C. D.
√
学习任务一
5
[解析] 子弹穿过木块过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,有
,设子弹穿过木块的过程所受阻力为 ,对子弹,由动能定
理得,对子弹,由动量定理有 ,
对木块,由动能定理有,对木块,由动量定理有 ,联立解
得子弹射入木块前瞬间的速度为 ,故选A.
学习任务一
6
变式1 如图所示,木块静止在光滑水平面上,两颗不同的子弹、 从木块两侧
同时射入木块,最终都停在木块内,这一过程中木块始终保持静止.若子弹 射
入的深度大于子弹 射入的深度,则( )
A.子弹的质量一定比子弹 的质量大
B.入射过程中子弹受到的阻力比子弹 受到的阻力大
C.子弹在木块中运动的时间比子弹 在木块中运动的时间长
D.子弹射入木块时的初动能一定比子弹 射入木块时的初动能大
√
学习任务一
7
[解析] 由于木块始终保持静止状态,则两子弹对木块的推力大小相等,即两子
弹所受的阻力大小相等,设为,根据动能定理,对子弹有 ,
得,对子弹有,得,由于 ,则
有子弹射入时的初动能 ,故B错误,D正确.两子弹和木块组成的系统
动量守恒,则有,而,则 ,故A错误.
子弹、 从木块两侧同时射入木块,木块始终保持静止,分析得知,两子弹在
木块中运动的时间必定相等,否则木块就会运动,故C错误.
学习任务一
8
例2 一质量为的木块放在光滑的水平面上,一质量为的子弹以初速度 水
平打进木块并留在其中.子弹与木块之间的相互作用力大小为 .
(1) 子弹、木块相对静止时的速度为多大?
[答案]
[解析] 设子弹、木块相对静止时的速度为 ,以子弹初速度的方向为正方向,
由动量守恒定律得
解得
学习任务一
9
(2) 子弹在木块内运动的时间为多长?
[答案]
[解析] 设子弹在木块内运动的时间为,对木块,由动量定理得
解得
学习任务一
10
(3) 子弹、木块相互作用过程中,子弹、木块发生的位移以及子弹打进木块的
深度分别为多少?
[答案]
学习任务一
11
[解析] 设子弹、木块发生的位移分别为、 ,如图所示
对子弹,由动能定理得
解得
对木块,由动能定理得
解得
子弹打进木块的深度等于相对位移的大小,即
学习任务一
12
(4) 系统损失的机械能、系统增加的内能分别为多少?
[答案]
[解析] 系统损失的机械能为
系统增加的内能为
学习任务一
13
(5) 要使子弹不射出木块,木块至少为多长?
[答案]
[解析] 假设子弹恰好不射出木块,有
解得
因此木块的长度至少为
学习任务一
14
学习任务二 “滑块—木板”模型
[模型建构]
模型图示
模型特点 (1)系统的动量守恒,但机械能不守恒,摩擦力与两者相对位移的
乘积等于系统减少的机械能
(2)若滑块未从木板上滑下,当两者速度相同时,木板速度最大,
相对位移最大
学习任务二
15
求解方法 (1)求速度:根据动量守恒定律求解,研究对象为一个系统
(2)求时间:根据动量定理求解,研究对象为一个物体
(3)求系统产生的内能或相对位移:根据能量守恒定律 或
,研究对象为一个系统
续表
学习任务二
16
例3 如图所示,质量的物体,以水平速度 滑上静止在光滑
水平面上的平板小车,小车质量 ,物体与小车车面之间的动摩擦因数
,取 ,设小车足够长,求:
学习任务二
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(1) 小车和物体的共同速度;
[答案]
[解析] 小车和物体组成的系统动量守恒,规定向右为正方向,则
解得
学习任务二
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(2) 物体在小车上滑行的时间;
[答案]
[解析] 物体在小车上做匀减速直线运动
根据牛顿第二定律可知
解得
则物体在小车上滑行的时间为
学习任务二
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(3) 在物体相对小车滑动的过程中,系统产生的摩擦热.
[答案]
[解析] 根据能量守恒定律,系统产生的摩擦热为
学习任务二
20
变式2 [2026·黑龙江大庆实验中学高二开学考] 如图
所示,足够长的小车质量为 ,木块质量为
,小车与木块之间动摩擦因数为 ,
A.小车第一次撞墙后向左运动的最大距离为
B.小车第二次撞墙前瞬间的速度为
C.当小车最终停止时,木块相对小车滑动的总路程为
D.小车第二次撞墙后到第三次撞墙前,摩擦生热为
地面光滑.现在把木块放在小车左端,一起以 的速度向右运动,重力
加速度大小取 ,小车与墙发生弹性碰撞后会以原速率反弹. 则( )
√
学习任务二
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[解析] 设第一次撞墙后小车向左运动的最大距离为,由于小车质量 小于木
块质量 ,第一次撞墙后系统总动量方向水平向右,再由系统动量守恒可知,
小车速度为零(向左运动的距离最大)时,滑块还在向右滑行,对小车,根据动
能定理得 ,解得 ,故A错误;小车第一次向左
匀减速到零后,再向右做加速度不变的匀加速运动,假设小车在第二次撞墙前
还未和木块相对静止,由小车运动的对称性可知,其第二次撞墙时的速度大小
还是,而木块的速度应大于 ,方向均向
右,而实际木块做减速运动,其速度要小于 ,
故假设不成立,所以小车在第二次撞墙前已经和木
块共速,设共速的速度为 ,此速度为小车第二次
学习任务二
22
撞墙前瞬间的速度,以向右为正方向,根据动量守恒定律得
,解得 ,故B错误;同理可知,小车第三
次撞墙前也已经和木块共速,设此速度为 ,对小车第二次撞墙后到第三次撞
墙前的过程,以向右为正方向,根据动量守恒定律得 ,
设此过程摩擦生热为,由能量守恒定律得 ,
解得 ,故D正确;当小车最终停止时,两者都停止运动,设木块相
对小车滑动的总路程为 ,根据能量守恒定律与功能
关系可得,解得 ,故C
错误.
学习任务二
例4 [2026·湖北武汉高二期中] 一长木板放在光滑的水平面上,如图所示,在木
板上自左向右放有序号为1、2、3的木块.三木块的质量均为 ,与木板间的动摩
擦因数均为 .开始时木板静止不动,第1、2、3号木块同时获得水平向右的大
小分别为、、的初速度.已知木板的质量为 ,最终三木块均未从木
板上滑出,已知重力加速度为 ,试求:
(1) 木板刚开始运动时的加速度大小;
[答案]
[解析] 刚开始运动时,对木板由牛顿第二定律得
解得木板刚开始运动时的加速度大小为
学习任务二
24
(2) 全过程中系统产生的热量;
[答案]
[解析] 系统满足动量守恒,设系统最后的共同速度为 ,则
解得
全过程中系统产生的热量为
解得
学习任务二
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(3) 第2号木块在整个运动过程中的最小速度.
[答案]
[解析] 设第2号木块的最小速度为 ,木块2在此速度之前做减速运动,后做加
速运动,且此速度为其与木板相对静止时的速度,此时只有第3块木块相对木板
运动,由动量守恒定律有
在此过程中,第3号木块与第2号木块在木板上运动的时间相同,所受摩擦力相
同,故速度改变量相同,则
解得
学习任务二
26
1.(子弹打木块模型)(多选)如图所示,矩形滑块由不同材料的上、下两层粘合在
一起组成,将其放在光滑的水平面上,质量为的子弹以速度 水平射向滑块,
若射击下层,子弹刚好不射出.若射击上层,则子弹刚好能射进一半厚度,上述
两种情况相比较( )
随 堂 巩 固
27
A.子弹损失的动能一样多
B.子弹射击上层时,从射入到共速所经历时间较长
C.系统产生的热量一样多
D.子弹与上层摩擦力较大
√
√
√
随 堂 巩 固
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[解析] 子弹射入滑块的过程中,将子弹和滑块看成一个整体,所受合外力为0,
系统动量守恒,所以两种情况下子弹和滑块的最终速度相同,所以末动能相同,
故系统损失的动能一样多,产生的热量一样多,A、C正确;子弹射击滑块上层
能射进一半厚度,射击滑块下层刚好不射出,说明在上层所受的摩擦力比下层
大,根据动量定理可知,两种情况下滑块对子弹的冲量相同,子弹射击上层所
受摩擦力大,所以从入射到共速经历的时间短,B错误,D正确.
随 堂 巩 固
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2.(滑块—木板模型)(多选)[2026·浙江余姚实验学校高二月考] 如图甲所示,一长
木板静止于光滑水平桌面上,时,小物块以速度 滑到长木板上,图乙为
物块与木板运动的图像,图中、、已知,重力加速度大小为 ,由此
可求得( )
随 堂 巩 固
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A.木板的长度
B.物块与木板的质量之比
C.物块与木板之间的动摩擦因数
D.从开始到 时刻,木板获得的动能
√
√
随 堂 巩 固
31
[解析] 木板在光滑水平桌面上,物块滑上木板后,系统动量守恒,由图像可知,
最终物块与木板以共同速度运动,有 ,
, ,可求出物块与木板的质
量之比及物块与木板之间的动摩擦因数,但求不出木板的长度,A错误,B、C
正确;由于木板质量未知,故不能求出木板获得的动能,D错误.
随 堂 巩 固
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3.(动量综合应用)(多选)[2026·山东烟台二中高二月考] 如图所示,质量为 、
长度一定的长木板放在光滑的水平面上,质量为 、可视为质点的物块放在长
木板的最左端,质量为的子弹以水平向右的速度 射入物块且未穿出
(该过程的作用时间极短可忽略不计),经时间物块以 的速度离开长木板的最
右端,重力加速度为 ,则下列说法正确的是( )
A.长木板最终的速度大小为
B.长木板的长度为
C.子弹射入物块的过程中损失的机械能为
D.物块与长木板间的动摩擦因数为
√
√
随 堂 巩 固
33
[解析] 子弹、物块、木板整个系统,整个过程根据动量守恒定律,有
,求得长木板最终的速度大小为 ,故A错误;子
弹射入物块的过程中,时间极短,子弹及物块根据动量守恒定律有 ,
解得,该过程系统损失的机械能为 ,联立两式可
求得 ,故C错误;子弹射入物块后到物块从长木板滑离时,运动的
位移大小为 ,
长木板的位移大小为 ,
随 堂 巩 固
34
则长木板的长度为,故B正确;对长木板,整个过程根据动量定理有,可求得物块与长木板间的动摩擦因数为 ,故D正确.
随 堂 巩 固
4.(动量综合应用)如图所示,一质量 的平顶小车静止在光滑的水平
轨道上.质量 的小物块(可视为质点)静止在车顶的右端.一质量为
的子弹、以水平速度 射中小车左端并留在车中,最终
小物块相对地面以 的速度滑离小车.已知子弹与车的作用时间极短,物块
与车顶面的动摩擦因数,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力. 取
, 求:
随 堂 巩 固
36
(1) 子弹相对小车静止时小车速度的大小;
[答案]
[解析] 子弹进入小车的过程中,子弹与小车组成的系统动量守恒,由动量守恒
定律得
解得
随 堂 巩 固
37
(2) 小车的长度 .
[答案]
[解析] 三者组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得
解得
由能量守恒定律可得
解得
随 堂 巩 固
38
课后习题
39
1.(多选)如图所示,小车在光滑的水平面上向左运动,木块水
平向右在小车的水平车板上运动,且未滑出小车.下列说法
中正确的是( )
A.若小车的初动量大于木块的初动量,则木块先减速运动再加速运动后匀速运动
B.若小车的初动量大于木块的初动量,则小车先减速运动再加速运动后匀速运动
C.若小车的初动量小于木块的初动量,则木块先减速运动后匀速运动
D.若小车的初动量小于木块的初动量,则小车先减速运动后匀速运动
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课 后 习 题
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[解析] 小车和木块组成的系统在水平方向上不受外力,系统在水平方向上动量
守恒,若小车的初动量大于木块的初动量,则最后相对静止时整体的动量方向
向左,木块先减速运动再反向加速运动后匀速运动,小车先减速运动再匀速运
动,故A正确,B错误;同理若小车的初动量小于木块的初动量,则最后相对静
止时整体的动量方向向右,则木块先减速运动后匀速运动,小车先减速运动再
加速运动后匀速运动,故C正确,D错误.
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2.如图所示,质量为、长为的长木板放在光滑的水平面上,一个质量也为
的物块(视为质点)以一定的初速度从左端冲上长木板,如果长木板是固定的,
物块恰好停在长木板的右端,如果长木板不固定,则物块冲上长木板后在长木
板上相对长木板最多能滑行的距离为( )
A. B. C. D.
[解析] 长木板固定时,由动能定理得 ,若长木板不固定,
以物块初速度的方向为正方向,由动量守恒定律有 ,由能量守恒定
律有,得 ,D正确,A、B、C错误.
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3.[2026·辽宁沈阳二中高二月考] 材料物理研究所的科研人员用一颗质量为
的子弹以的初速度垂直射入一块固定不动、厚为 、
材质均匀的木板中(木板对子弹的阻力可视为恒力),子弹恰好未射出;接下来
将相同的子弹以相同的速度垂直射入固定的同样厚度的一种新型 材料中,已
知在该新型 材料中子弹所受的阻力与其运动速度的大小成正比,关系式为
,其中 ,子弹可视为质点并忽略射入过程中子弹所受重力,
则( )
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A.子弹在木板中所受到的平均阻力大小为
B.子弹将射穿新型 材料
C.若仅将该子弹以更大的速度再次射击足够厚度的两种材料,
则子弹一定在新型 材料中射入深度小
D.若仅将该子弹以更小的速度再次射击足够厚度的两种材料,
则子弹一定在新型 材料中射入深度小
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[解析] 根据动能定理可得,代入解得 ,故A错误;
设子弹射入深度为,根据动量定理可得,即 ,代
入解得 ,故子弹没有射穿新型材料,故B错误;由上述分析可
知,当时,则有 ,子弹速度低于
时,射入新型材料中的深度要大于木板,大于
时,射入新型材料中的深度要小于木板,故C正确,D错误.
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4.(16分)[2026·江苏宿迁中学高二调研] 如图所示,在固定的光滑水平杆
(杆足够长)上,套有一个质量为 的光滑金属圆环,轻绳一端拴在环上,
另一端系着一个质量为的木块,现有一个质量为 的子弹
以 的水平速度射入木块并留在木块中(不计空气阻力和子弹与木块
作用的时间,取 ),求:
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(1) (4分)木块和子弹这个系统损失的机械能;
[答案]
[解析] 子弹射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,取水平向右
为正方向,根据动量守恒定律有
代入数据解得子弹和木块的共同速度为
根据能量守恒定律可得木块和子弹这个系统损失的机械能
为
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(2) (6分)木块大约能达到的最大高度;
[答案]
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[解析] 木块(含子弹)在向上摆动的过程中,以木块(含子弹) 和圆环组成的系统
为研究对象,根据系统水平方向动量守恒有
解得木块(含子弹)运动到最高点时的速度为
根据系统机械能守恒定律有
代入数据解得木块所能达到的最大高度为
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(3) (6分)圆环的最大速度.
[答案]
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[解析] 当轻绳再次竖直时,木块回到原来的高度,此时金属圆环的速度最大.设
轻绳再次竖直时木块(含子弹)的速度为,圆环的速度为 ,根据系统水平方
向动量守恒有
根据系统机械能守恒有
联立解得
即圆环的最大速度为
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5.长木板放在光滑的水平面上,质量为的另一物体 以水平速度
滑上原来静止的长木板的上表面,由于、间存在摩擦,之后 、
速度随时间变化情况如图乙所示,重力加速度取 .则下列说法正确的
是( )
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A.长木板获得的动能为 B.系统损失的机械能为
C.长木板的最小长度为 D.、 间的动摩擦因数为0.1
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[解析] 由题图乙可知,最终长木板获得的速度为,、 组成的系统
动量守恒,以的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得 ,
解得,则获得的动能为 ,故A错误;
系统损失的机械能,代入数据解得 ,故B错
误;
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图像中图线与轴所围的面积表示位移,由题图乙得到内 的位移为
,的位移为 ,则长木
板的最小长度为,故C错误;由题图乙可知, 的加速度
,负号表示加速度的方向,由牛顿第二定律得
,解得 ,故D正确.
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6.(多选)[2026·湖南长沙南雅中学高二月考] 如图所示,质量为 的木块放在光滑的
水平面上,质量为的子弹(可视为质点)以水平速度 射中木块,并最终留在木块
中与木块一起运动,已知当子弹相对木块静止时,子弹进入木块的深度为 ,此过
程经历的时间为 .若木块对子弹的阻力视为恒定,则下列判断正确的是 ( )
A.木块最终的速度大小是
B.木块对子弹的阻力大小是
C.子弹刚好相对木块静止时,木块前进距离为
D.仅将木块换成较硬的木块,子弹射入木块的深度减小,系统产生的内能不变
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[解析] 对子弹和木块系统,由动量守恒定律有 ,解得木块最终
的速度大小是 ,A错误;对系统由能量关系可知
,解得木块对子弹的阻力大小是 ,B正
确;子弹刚好相对木块静止时,对木块由动能定理有 ,解得木块前
进距离为 ,C错误;仅将木块换成较硬的木块,子弹受到阻力变大,则
由 ,可知最终共同速度不变,则由
,可知系统产生的内能不变,子弹射入木块的
深度减小,D正确.
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7.(16分)如图所示,质量为的物块(可视为质点)放在质量为 的
木板左端,足够长的木板静止在光滑水平面上,物块与木板间的动摩擦因数为
质量为的子弹以速度 沿水平方向射入物块并留在
其中(时间极短),重力加速度取 .子弹射入后,求:
课 后 习 题
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(1) (4分)子弹和物块一起向右滑行的最大速度 ;
[答案]
[解析] 子弹射入物块后和物块一起向右滑行的初速度即最大速度,由动量守恒定
律得
解得
课 后 习 题
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(2) (6分)木板向右滑行的最大速度 ;
[答案]
[解析] 当子弹、物块、木板三者共速时,木板的速度最大,由动量守恒定律得
解得
课 后 习 题
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(3) (6分)物块在木板上滑行的时间 .
[答案]
[解析] 对物块和子弹组成的系统,由动量定理得
解得
课 后 习 题
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8.(16分)[2026·广东深圳高级中学高二月考] 如图所示,在光滑水平地面上固定
足够高的挡板,距离挡板处静止放置质量、长 的小车,
一质量的滑块(可视为质点)以 的初速度滑上小车左端,带动
小车向右运动,小车与挡板碰撞时被粘住不动,已知滑块与小车表面间的动摩
擦因数,取 .
课 后 习 题
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(1) (4分)求滑块与小车的共同速度大小;
[答案]
[解析] 设滑块与小车的共同速度为 ,二者相对运动过程中根据动量守恒定律,
有
解得
课 后 习 题
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(2) (6分)当滑块与小车共速时,小车与挡板的距离和滑块与小车右端的距离分
别为多少?
[答案]
课 后 习 题
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[解析] 设达到共速时小车移动的距离为 ,对小车根据动能定理有
代入数据解得
小车与挡板的距离
设滑块与小车的相对位移为 ,对系统,根据能量守恒定律,有
代入数据解得
滑块与小车右端的距离
课 后 习 题
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其位置情况如图乙所示
课 后 习 题
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(3) (6分)若滑块与挡板碰撞时为弹性碰撞,求全过程中滑块克服摩擦力做的功.
[答案]
课 后 习 题
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[解析] 共速后小车未碰撞挡板时小车与滑块间的摩擦力消失,如图丙所示.直到
小车碰撞挡板被粘住静止,滑块又开始在小车上继续向右做初速度
的匀减速直线运动,由于与挡板发生弹性碰撞,滑块速度大小不变,设返回的
路程为 ,由动能定理,有
解得
说明滑块不会从车左端掉下,全过程中滑块
克服摩擦力做的功
课 后 习 题
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