子弹打木块类的问题
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子弹打木块模型子弹打木块问题是力学综合问题,涉及运动学公式与力,动量(动量守恒定律、动量定力),能量(动能定理、能量守恒定理、功能关系)。
熟练应用这些力学规律,可以解决相关问题。
一、单选题1.能量的形式有多种并且通过做功会发生相互转化.如下图所示,在光滑水平面上,子弹m水平射入木块后留在木块内.现将子弹、弹簧、木块合在一起作为研究对象,则此系统从子弹开始射入木块到弹簧压缩到最短的整个过程中,则系统的 ()A.子弹与木块有摩擦阻力,能量不守恒,机械能不守恒B.子弹与木块有摩擦阻力,但能量和机械能均守恒C.子弹与木块有摩擦阻力,但能量守恒,机械能不守恒D.能量不守恒,机械能守恒2.如图所示的装置中,木块通过一细线系在O点,子弹沿水平方向射入木块(子弹射入木块过程时间极短,可认为细线不发生摆动)后留在木块内,接着细线摆过一角度θ.若不考虑空气阻力,对子弹和木块组成的系统,下列说法正确的是 ()A.在子弹射入木块的过程中机械能守恒B.在子弹射入木块后,细线摆动的过程机械能守恒C.从子弹开始射入木块到细线摆过θ角的整个过程机械能守恒D.无论是子弹射入木块过程,还是子弹射入木块后细线摆动的过程机械能都不守恒3.子弹的速度为v,打穿一块固定的木块后速度刚好变为零.若木块对子弹的阻力为恒力,那么当子弹射入木块的深度为其厚度的一半时,子弹的速度是()A.B.vC.D.4.如图所示,木块A、B并排且固定在水平桌面上,A的长度是L,B的长度是2L.一颗子弹沿水平方向以速度v1射入A,以速度v2穿出B.子弹可视为质点,其运动视为匀变速直线运动,则子弹穿出A时的速度为()A.(v1+v2)B.C.D.v15.1964年至1967年6月我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功,1999年9月18日,中共中央、国务院、中央军委隆重表彰在研制“两弹一星”中作出贡献的科学家。
下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是()A.U→Th +HeB.U +n→Sr +Xe +10nC.N +He→O +HD.H +H→He +n6.如图所示,质量为m的子弹水平飞行,击中一块原来静止在光滑水平面上的质量为M的物块,物块由上下两块不同硬度的木块粘合而成.如果子弹击中物块的上部,恰不能击穿物块;如果子弹击中物块的下部,恰能打进物块中央.若将子弹视为质点,以下说法中错误的是A.物块在前一种情况受到的冲量与后一种情况受到的冲量相同B.子弹前一种情况受到的冲量比后一种情况受到的冲量大C.子弹前一种情况受到的阻力小于后一种情况受到的阻力D.子弹和物块作为一个系统,系统的总动量守恒7.把一支弹簧枪水平固定在小车上,小车放在光滑水平地面上,枪射出一颗子弹时,关于枪、弹、车,下列说法正确的是 ( )A.枪和弹组成的系统动量守恒B.枪和车组成的系统动量守恒C.枪弹和枪筒之间的摩擦力很小,可以忽略不计,故二者组成的系统动量近似守恒D.枪、弹、车三者组成的系统动量守恒8.一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A并留在其中,A,B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起,如图所示.则在子弹打击木块A及弹簧被压缩的过程中,对子弹、两木块和弹簧组成的系统 ()A.动量守恒,机械能守恒B.动量不守恒,机械能守恒C.动量守恒,机械能不守恒D.无法判定动量、机械能是否守恒9.如图所示,木块B与水平弹簧相连,放在光滑水平面上,子弹A沿水平方向射入木块后留在木块B内,入射时间极短,而后木块将弹簧压缩到最短.关于子弹和木块组成的系统,下列说法中正确的是()①子弹射入木块的过程中系统动量守恒②子弹射入木块的过程中系统机械能守恒③木块压缩弹簧过程中,系统总动量守恒④木块压缩弹簧过程中,子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒A.①③B.②③C.①④D.②④10.游乐场内两支玩具枪在同一位置先后沿水平方向各射出一颗子弹,打在远处的同一个靶上,A 为甲枪子弹留下的弹孔,B为乙枪子弹留下的弹孔,两弹孔在竖直方向上相距高度为h,如图所示,不计空气阻力.关于两枪射出的子弹初速度大小,下列判断正确的是()A.甲枪射出的子弹初速度较大B.乙枪射出的子弹初速度较大C.甲,乙两枪射出的子弹初速度一样大D.无法比较甲,乙两枪射出的子弹初速度的大小11.游乐场内两支玩具枪在同一位置先后沿水平方向各射出一颗子弹,打在远处的同一个靶上,A 为甲枪子弹留下的弹孔,B为乙枪子弹留下的弹孔,两弹孔在竖直方向上相距高度为h,如图所示,不计空气阻力。
“子弹打木块”模型1.质量是m=10g 的子弹,以v 0=300m/s 的速度射入质量是M=40g 静止在水平光滑桌面上的木块,并留在木块中,子弹留在木块中以后,木块运动的速度是多大?如果子弹把木块打穿,子弹穿过后的速度为v 1=100m/s ,这时木块的速度又是多少? 若:子弹留在木块中,且相互作用力恒为f=1000N ,子弹射入过程中:求(1)子弹对地位移S 1(2)木块对地位移S 2(3)子弹打入深度d法1:牛顿运动定律、运动学角度:法2:动量、能量角度:2.如图1所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P 和Q 都可以视为质点,质量相等。
Q 与轻质弹簧相连,设Q 静止,P 以某一初速度向Q 运动并与弹簧发生碰撞。
在整个过程中,弹簧具有的最大弹性势能等于 ( )A P 的初动能B P 的初动能的1/2C P 的初动能的1/3D P 的初动能的1/43.如图2所示,在光滑的水平面上有一质量为M的足够高的障碍物,各面都光滑,一质量为m 的光滑小球以水平速度0v 冲上障碍物,求小球能上升的最大高度?4.一质量为m 的导体棒a 从h 高处由静止起沿光滑导电轨道滑下,另一质量也为m 的导体棒b 静止在水平导轨上,在水平轨道区域有垂直于轨道平面向上的匀强磁场。
如图3所示,两棒与轨道构成的回路中最多能产生的焦耳热量为多少?5.如图4所示,绝缘小车A 质量为m A =2kg ,置于光滑水平面上,初速度V 0=14m/s ,电荷量q=+0.2C 的可视为质点物体B ,质量为m B =0.1kg ,轻放在小车的右端,它们的周围存在匀强磁场,方向垂直纸面向里,磁感应强度为B=0.5T ,物体B 与小车之间有摩擦力,图3小车足够长,求:在此过程中动能转变成多少内能?6.如图5所示,质量为M=4kg的木板长L=1.5m,静止在光滑的水平地面上,其水平顶面右端静置一质量m=1kg的小滑块(可视为质点),小滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.4,今对木板施加一个F=28N的向右水平拉力,作用t=1s后撤掉此力。
子 弹 打 木 块 习 题1子弹以一定的初速度射入放在光滑水平面上的木块中,并共同运动下列说法中正确的是:( )A 、子弹克服阻力做的功等于木块动能的增加与摩擦生的热的总和B 、木块对子弹做功的绝对值等于子弹对木块做的功C 、木块对子弹的冲量大小等于子弹对木块的冲量D 、系统损失的机械能等于子弹损失的动能和子弹对木块所做的功的差2、 设质量为m 的子弹以初速度v 0射向静止在光滑水平面上的质量为M 的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d 。
求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
3. 如图1所示,一个长为L 、质量为M 的长方形木块,静止在光滑水平面上,一个质量为m 的物块(可视为质点),以水平初速度0v 从木块的左端滑向右端,设物块与木块间的动摩擦因数为μ,当物块与木块达到相对静止时,物块仍在长木块上,求系统机械能转化成内能的量Q 。
图14.木板M 放在光滑水平面上,木块m 以初速度V 0滑上木板,最终与木板一起运动,两者间动摩擦因数为μ,求:○1.木块与木板相对静止时的速度; ○2.木块在木板上滑行的时间; ○3.在整个过程中系统增加的内能; ○4.为使木块不从木板上掉下,木板至少多长5 一质量为M 的长木板B 静止在光滑水平面上,一质量为m 的小滑块A (可视为质点)以水平速度v 0从长木板的一端开始在木板上滑动,到达另一端滑块刚离开木板时的速度为1/3v 0 ,若把此木板固定在水平桌面上,其它条件相同,求:滑块离开木板时的速度。
3M m 0V6、如图所示,质量为M =2kg的小车放在光滑水平面上,在小车右端放一质量为m=1kg 的物块。
两者间的动摩擦因数为μ=,使物块以v1=s 的水平速度向左运动,同时使小车以v2=s 的初速度水平向右运动,(取g= 10m/s2)求:(1)物块和小车相对静止时,物块和小车的速度大小和方向(2)为使物块不从小车上滑下,小车的长度L至少多大7如图示,在光滑水平桌面上静置一质量为M=980克的长方形匀质木块,现有一颗质量为m=20克的子弹以v0 = 300m/s 的水平速度沿其轴线射向木块,结果子弹留在木块中没有射出,和木块一起以共同的速度运动。
子弹打木块模型答案解析1、【答案】 C 【解析】设发射子弹的数目为n ,n 颗子弹和木块M 组成的系统在水平方向上所受的合外力为零,满足动量守恒的条件.选子弹运动的方向为正方向,由动量守恒定律有nmv 2-Mv 1=0,得n =12Mv mv 所以C 正确;ABD 错误;故选C 。
2、【答案】 D 【解析】设子弹的质量为m ,沙袋质量为M ,则有M =100m ,取向右为正方向,第一个弹丸射入沙袋,由动量守恒定律得mv 1=101mv ,子弹和沙袋组成系统第一次返回时速度大小仍是v ,方向向左,第二个弹丸以水平速度v 2又击中沙袋的运动中,由动量守恒定律有mv 2−101mv =42mv ',设细绳长度为L ,第一个弹丸射入沙袋,子弹和沙袋共同摆动的运动中,由机械能守恒定律得()()()211cos302M m gL M m v +-=+解得)cos30v =,由上式可知,v 与系统的质量无关,因两次向上的最大摆角均为30°,因此v '=v ,联立解得12:101:203v v =,ABC 错误,D 正确。
故选D 。
3、【答案】 AD 【解析】B .由题知,子弹A 、B 从木块两侧同时射入木块,木块始终保持静止,分析可知,两子弹对木块的推力大小相等方向相反,子弹在木块中运动时间必定相等,否则木块就会运动。
设两子弹所受的阻力大小均为f ,根据动能定理,对A 子弹有kA 0A fd E -=-,得u A E fd =,对B 子弹有k 0B B fd E -=-,得kB B E fd =,由于A B d d >,则子弹入射时的初动能kA kB E E >故B 错误;C .两子弹和木块组成的系统动量守恒,因射入后系统的总动量为零,所以子弹A 的初动量大小等于子弹B 的初动量大小,故C 错误,D 正确;A.根据动量与动能的关系得mv =k kA B E E >,则得到A B m m <,根据动能的计算公式2k 12E mv =,得到初速度A B v v >,故A 正确。
符合的规律:子弹和木块组成的系统动量守恒,机械能不守恒。
重要结论:系统损失的机械能等于阻力乘以相对位移,即:。
共性特征:一物体在另一物体上,在恒定的阻力作用下相对运动,系统动量守恒,机械能不守恒,满足动量守恒定律和。
例1. 子弹质量为m,以速度水平打穿质量为M,厚为d的放在光滑水平面上的木块,子弹的速度变为v,求此过程系统损失的机械能。
解析:①对子弹用动能定理:②②式中s为木块的对地位移对木块用动能定理:③由②③两式得:④由①④两式解得:例2. 如图1所示,一个长为L、质量为M的长方形木块,静止在光滑水平面上,一个质量为m的物块(可视为质点),以水平初速度从木块的左端滑向右端,设物块与木块间的动摩擦因数为,当物块与木块达到相对静止时,物块仍在长木块上,求系统机械能转化成内能的量Q。
图1分析:系统内一对滑动摩擦力做功之和(净功)为负值,在数值上等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,其绝对值等于系统机械能的减少量,即。
解析:可先根据动量守恒定律求出m和M的共同速度,再根据动能定理或动量守恒求出转化为内能的量Q。
对物块,滑动摩擦力做负功,由动能定理得:即对物块做负功,使物块动能减少。
对木块,滑动摩擦力对木块做正功,由动能定理得:即对木块做正功,使木块动能增加,系统减少的机械能为:①本题中,物块与木块相对静止时,,则上式可简化为:②又以物块、木块为系统,系统在水平方向不受外力,动量守恒,则:③联立式②、③得:故系统机械能转化为内能的量为:例3. 如图2所示,两个小球A和B质量分别为,。
球A静止在光滑水平面上的M点,球B在水平面上从远处沿两球的中心连线向着球A运动。
假设两球相距时存在着恒定的斥力F,时无相互作用力。
当两球相距最近时,它们间的距离为,此时球B的速度是4m/s。
求:(1)球B的初速度;(2)两球之间的斥力大小;(3)两球从开始相互作用到相距最近时所经历的时间。
图2解析:(1)设两球之间的斥力大小是F,两球从开始相互作用到两球相距最近时所经历的时间是t,当两球相距最近时球B的速度是,此时球A的速度与球B的速度大小相等,。
子弹打木块类的问题[模型要点]子弹打木块的两种常见类型:①木块放在光滑的水平面上,子弹以初速度v0射击木块。
运动性质:子弹对地在滑动摩擦力作用下做匀减速直线运动;木块在滑动摩擦力作用下做匀加速运动。
图象描述:从子弹击中木块时刻开始,在同一个v—t坐标中,两者的速度图线如下图中甲(子弹穿出木块)或乙(子弹停留在木块中)图2图中,图线的纵坐标给出各时刻两者的速度,图线的斜率反映了两者的加速度。
两图线间阴影部分面积则对应了两者间的相对位移。
|方法:把子弹和木块看成一个系统,利用A:系统水平方向动量守恒;B:系统的能量守恒(机械能不守恒);C:对木块和子弹分别利用动能定理。
【例3】设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d。
求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
解析:子弹和木块最后共同运动,相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看,子弹射入木块过程中系统动量守恒:从能量的角度看,该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。
设平均阻力大小为f,设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2,如图所示,显然有s1-s2=d 对子弹用动能定理:……①对木块用动能定理:……②①、②相减得:……③点评:这个式子的物理意义是:f·d恰好等于系统动能的损失;根据能量守恒定律,系统动能的损失应该等于系统内能的增加;可见,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积(摩擦生热跟路径有关,所以这里应该用路程,而不是用位移)。
…例1:质量为M 的木块静止在光滑水平面上, 有一质量为m 的子弹以水平速度v 0 射入并留在其中,若子弹受到的阻力恒为f ,问: 问题1 子弹、木块相对静止时的速度v 问题2 子弹在木块内运动的时间问题3 子弹、木块发生的位移以及子弹打进木块的深度 问题4 系统损失的机械能、系统增加的内能子弹在木块中前进的距离L 为多大解:由几何关系: S 1 –S 2= L以m 和 M 组成系统为研究对象,选向右为正方向,动量守恒定律:mv 0 =(M + m )V分别选m 、 M 为研究对象,由动能定理得: 对子弹 -f S 1=12mV 2 - 12mv 02对木块f S 2 = 12M V 2 由以上两式得 f L =12mv 02 -12(m +M )V 2推论:系统损失的机械能等于阻力乘以相对位移,即ΔE 损=F f d针对1:设质量为m 的子弹以初速度v 0射向静止在光滑水平面上的质量为M 的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d 。
求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
分析: 系统动量守恒有: 系统能量守恒有::对木块动能定理有:答案:—[2f(M + m)]Mmv 02(2)如图所示,质量为3m 、长度为L 的木块静止放置在光滑的水平面上。
质量为m 的子弹(可视为质点)以初速度v 0水平向右射入木块,穿出木块时速度变为025v 。
试求:①子弹穿出木块后,木块的速度大小;②子弹穿透木块的过程中,所受到平均阻力的大小。
:2)解:①设子弹穿出木块后,木块的速度大小为移。
设向右方向为正方向,由动量守恒定律可得:00235mv mv mv =+………………………………………①(2分) 解得:15v v =……………………………………………………②(1分) ②设子弹穿透木块的过程中,所受到平均阻力的大小为f 。
由能量守恒定律可得:222001312()2225fL mv mv m v =--………………………………………③(2分)联立②③式可得:20925mv f L =………………(1分)如如图示,在光滑水平桌面上静置一质量为M=980克的长方形匀质木块,现有一颗质量为 m=20克的子弹以v 0 = 300m/s 的水平速度沿其轴线射向木块,结果子弹留在木块中没有射出,和木块一起以共同的速度运动。
已知木块的长度为L=10cm ,子弹打进木块的深度为d=6cm ,设木块对子弹的阻力保持不变。
(1)求子弹和木块的共同的速度以及它们在此过程中所增加的内能。
(2)若要使子弹刚好能够穿出木块,其初速度v 0应有 多大!②物块固定在水平面,子弹以初速度v 0射击木块,对子弹利用动能定理,可得:2022121mv mv d F t f -=-两种类型的共同点:A 、系统内相互作用的两物体间的一对摩擦力做功的总和恒为负值。
(因为有一部分机械能转化为内能)。
B 、摩擦生热的条件:必须存在滑动摩擦力和相对滑行的路程。
大小为Q =F f ·s ,其中F f 是滑动摩擦力的大小,s 是两个物体的相对位移(在一段时间内“子弹”射入“木块”的深度,就是这段时间内两者相对位移的大小,所以说是一个相对运动问题)。
C 、静摩擦力可对物体做功,但不能产生内能(因为两物体的相对位移为零)。
"1.运动性质:子弹对地在滑动摩擦力作用下匀减速直线运动;木块在滑动摩擦力作用下做匀加速运动。
2.符合的规律:子弹和木块组成的系统动量守恒,机械能不守恒。
3.共性特征:一物体在另一物体上,在恒定的阻力作用下相对运动,系统动量守恒,机械能不守恒,ΔE = f 滑d 相对子弹打木块模型:包括一物块在木板上滑动等。
Q E s F k N =∆=系统相μ,Q 为摩擦在系统中产生的热量;小球在置于光滑水平面上的竖直平面内弧形光滑轨道上滑动;一静一动的同种电荷追碰运动等。
.物块与平板间的相对滑动 [物体A 以速度V 0滑到静止在光滑水平面上的小车B 上,当A 在B 上滑行的距离最远时,A 、B 相对静止, A 、B 两物体的速度必相等。
~3、质量为M 的木板静止在光滑的水平面上,一质量为m 的木块(可视为质点)以初速度V 0向右滑上木板,木板与木块间的动摩擦因数为μ ,求:1木板的最大速度 2一长为l ,质量为M 的木板静止在光滑的水平面上,一质量为m 的滑块的初速度v 滑到木板上,木板长度至少为多少才能使滑块不滑出木板。
(设滑块与木板间动摩擦因数为μ)mv 0M[模型讲解] >例. 如图1所示,一个长为L 、质量为M 的长方形木块,静止在光滑水平面上,一个质量为m 的物块(可视为质点),以水平初速度v 从木块的左端滑向右端,设物块与木块间的动摩擦因数为μ,当物块与木块达到相对静止时,物块仍在长木块上,求系统机械能转化成内能的量Q 。
图1解析:可先根据动量守恒定律求出m 和M 的共同速度,再根据动能定理或能量守恒求出转化为内能的量Q 。
对物块,滑动摩擦力fF 做负功,由动能定理得:2022121)(mv mv s d F t f -=+-即fF 对物块做负功,使物块动能减少。
对木块,滑动摩擦力fF 对木块做正功,由动能定理得221Mv s F f =,即f F 对木块做正功,使木块动能增加,系统减少的机械能为:><=-+=--1)(2121212220d F s F s d F Mv mv mv f f f t本题中mgF f μ=,物块与木块相对静止时,vv t =,则上式可简化为:…><+-=2)(2121220t v M m mv mgd μ又以物块、木块为系统,系统在水平方向不受外力,动量守恒,则:><+=3)(0tv M m mv联立式<2>、<3>得:)(220m M g Mv d +=μ故系统机械能转化为内能的量为:)(2)(22020m M Mmv m M g Mv mg d F Q f +=+⋅==μμ点评:系统内一对滑动摩擦力做功之和(净功)为负值,在数值上等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,其绝对值等于系统机械能的减少量,即Es F f ∆=。
(9.如图所示,A 为有光滑曲面的固定轨道,轨道底端的切线方向是水平的.质量M =40 kg 的小车B 静止于轨道右侧,其上表面与轨道底端在同一水平面上.一个质量 m =20 kg 的物体 C 以 m/s 的初速度从轨道顶端滑下,冲上小车 B 后经一段时间与小车相对静止并一起运动.若轨道顶端与底端的高度差 h = m .物体与小车板面间的动摩擦因数μ=,小车与水平面间的摩擦忽略不计.(取 g =10 m/s 2),求: (1)物体与小车保持相对静止时的速度 v ; (2)物体在小车上相对滑动的距离 L . 解析:(1)物体下滑过程机械能守恒答案:(1)2 m/s (2)3 m~2)质量为m B=2kg的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止着一块质量为m A=2kg的物体A,一颗质量为m0=0.01kg的子弹以v0=600m/s的水平初速度瞬间射穿A后,速度变为v=100m/s,已知A ,B之间的动摩擦因数不为零,且A与B最终达到相对静止。
求:①物体A的最大速度v A;②平板车B的最大速度v B。
2)解:①子弹穿过物体A的过程中,对子弹和物块A,由动量守恒定律得:m0v0=m0v+m A v A…………………………………………………………………(2分)解得:v A=s…………………………………………………………(1分)②对物块A和平板车B,由动量守恒定律得:》m A v A=(m A+m B)v B……………………………………………………(2分)解得:v B=s………………………………………………………(1分)5.如图所示,在光滑水平面上有一辆质量为M=㎏的平板小车,车上放一质量为m=㎏的木块,木块到平板小车左端的距离L=,车与木块一起以v=s的速度向右行驶,一颗质量为m0=㎏的子弹以速度v0从右方射入木块并留在木块内,已知子弹与木块作用时间很短,木块与小车平板间动摩擦因数μ=,取g=10m/s2。
问:若要让木块不从小车上滑出,子弹初速度应满足什么条件`【例7】如图所示,一质量为M的平板车B放在光滑水平面上,在其右端放一质量为m的小木块A,m<M,A、B间动摩擦因数为μ,现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动,B开始向右运动,最后A不会滑离B,求:(1)A、B最后的速度大小和方向;(2)从地面上看,小木块向左运动到离出发点最远处时,平板车向右运动的位移大小。
【例7】解析:(1)由A、B系统动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M m)v ①所以v = v0方向向右(2)A向左运动速度减为零时,到达最远处,此时板车移动位移为s,速度为v′,则由动量守恒定律得:Mv0-mv0=Mv′ ①对板车应用动能定理得:-μmg s= mv′2- mv02②联立①②解得:s = v02【例8】两块厚度相同的木块A和B,紧靠着放在光滑的水平面上,其质量分别为,,它们的下底面光滑,上表面粗糙;另有一质量的滑块C(可视为质点),以的速度恰好水平地滑到A的上表面,如图所示,由于摩擦,滑块最后停在木块B上,B和C的共同速度为s,求:(1)木块A的最终速度;(2)滑块C离开A时的速度。