题目内容
【题目】如图所示,倾角为37°,长为l=16 m的传送带,转动速度为v=10 m/s,动摩擦因数μ=0.5,在传送带顶端A处无初速度地释放一个质量为m=0.5 kg的物体.已知sin 37°=0.6,cos37°=0.8,g=10 m/s2.求:
(1)传送带顺时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间;
(2)传送带逆时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间.
【答案】(1)4s.(2)2 s.
【解析】试题分析:(1)传送带顺时针转动时,物体相对传送带向下运动,则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上,相对传送带向下匀加速运动,根据牛顿第二定律有
mg(sin37°-μcos37°)=ma
则a=gsin37°-μgcos37°=2 m/s2,
根据l=at2得t=4s.
(2)传送带逆时针转动,当物体下滑速度小于传送带转动速度时,物体相对传送带向上运动,则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下,设物体的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得,mgsin37°+μmgcos37°=ma1
则有a1=10 m/s2
设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为t1,位移为x1,则有
,
x1=a1t2=5 m
l=16 m
当物体运动速度等于传送带速度瞬间,有mgsin37°>μmgcos 37°,则下一时刻物体相对传送带向下运动,受到传送带向上的滑动摩擦力——摩擦力发生突变.设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为a2,则
x2=l-x1=11 m
又因为x2=vt2+a2t22,则有10t2+t22=11,
解得:t2=1 s (t2=-11 s舍去)
所以t总=t1+t2=2 s.
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