题目内容

1.如图所示,水平传送带上A、B两端点间距L=4m,半径R=0.7m的光滑半圆形轨道固定于竖直平面内,下端与传送带B相切.传送带以v0=5m/s的速度沿图示方向匀速运动,质量m=1kg的小滑块由静止放到传送带的A端,经一段时间运动到B端,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2.
(1)求滑块到达B端的速度;
(2)求滑块由A运动到B的过程中,滑块与传送带间摩擦产生的热量;
(3)仅改变传送带的速度,其他条件不变,计算说明滑块能否通过圆轨道最高点C.

分析 (1)滑块在传送带上运动需要判定是否有匀速阶段;
(2)摩擦生热等于滑动摩擦力乘以相对位移;
(3)若全程匀加速,可计算出滑块在B点时的速度,与刚好能到达C点时B的初速度作比较,若为大于关系,即可行.

解答 解:(1)滑块在传送带上先向右做加速运动,设当速度v=v0已经运动的距离为x,根据动能定理有
      $μmgx=\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}-0$
    得x=2.5m<L,所以滑块到达B端时的速度为5m/s;
    (2)设滑块与传送带发生相对运动的时间为t,则v0=μgt
     滑块与传送带之间产生的热量Q=μmg(v0t-x)
     解得Q=12.5J
   (3)设滑块通过最高点C的最小速度为vc;
  经过C点,根据向心力公式mg=$\frac{m{v}_{C}^{2}}{R}$;
    由B至C过程,由动能定理-mg2R=$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$;
   解得经过B的速度${v}_{B}=\sqrt{35}m/s$;
   由A至B过程,若滑块一直加速,根据动能定理有
    $μmgL=\frac{1}{2}m{v}_{t}^{2}$;
   解得${v}_{t}=\sqrt{40}m/s$;
  由于vt>vB,所以仅改变传送带的速度,滑块能通过圆形轨道的最高点.
答:(1)滑块到达B端时的速度为5m/s;
    (2)滑块与传送带间摩擦产生的热量为12.5J;
    (3)仅改变传送带的速度,其他条件不变,滑块能通过圆轨道最高点C.

点评 本题考查模型为传送与外轨道,关键在于传送上物体运动过程的确定,以及圆形轨道刚好通过最高点时速度的计算,还需要注意动能定理使用时与运动过程的对应.

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