题目内容

10.如图,传送带与水平面倾角θ=37°,以10m/s的速率逆时针转动,在传送带上端A处轻轻放一质量m=2kg的物块,它与传送带间的摩擦系数μ=0.5.若两轮间传送带的长度L=29m.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:物块从传送带上端A运动到 B处所用时间和到B处时的速度大小.

分析 根据牛顿第二定律求出物块开始下滑的加速度,结合速度时间公式求出速度达到传送带速度经历的时间,再根据牛顿第二定律求出继续下滑的加速度,根据速度位移公式得出到达底端的速度,结合速度时间公式求出继续匀加速直线运动的时间,从而得出总时间.

解答 解:(1)当物体刚放上传送带的时候,由于传送带的运动,物体受到沿斜面向下的摩擦力作用,如图所示:
物体所受合力沿传送带向下,合力大小为:
F=f+mgsinθ=μN+mgsinθ=μmgcosθ+mgsinθ
所以物体产生的加速度为:a=μgcosθ+gsinθ=0.5×8+4m/s2=10m/s2
由v=at得,
物体沿传送带向下做匀加速直线运动,速度达到10m/s所需要时间为:t=$\frac{v}{a}=\frac{10}{10}s$=1s,
此段时间内下滑位移为:x=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{1}{2}$×10×1m=5m<29m,
当物体速度达到传送带速度时,由于mgsinθ>μmgcosθ,物块仍将沿传送加速下滑,此时摩擦力沿传送向上.如图:
此时物体下滑的加速度a′=gsinθ-μgcosθ=6-4m/s2=2m/s2
则物体在下滑到达底端的过程中做加速度为a′=2m/s2,初速度v0=10m/s,位移x′=L-x=24m,
根据速度位移关系有:v2-v02=2ax
代入数据解得到达B处时的速度大小为:v′=14m/s,
由v=v0+at得从达到共同速度到B点所用时间为:t′=$\frac{14-10}{2}s$═2s
物块从传送带上端A运动到B处所用时间为:t=t+t′=1+2s=3s
答:(1)物块从传送带上端A运动到 B处所用时间为3s;
(2)到B处时的速度大小14m/s.

点评 解决本题的关键理清物块在传送带上整个过程中的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.

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