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精英家教网如图为一水平传送带装置示意图.紧绷的传送带AB始终保持恒定的速率v=1m/s运行,一质量为m=4kg的煤块无初速度地放在A处,传送带对煤块的滑动摩擦力使煤块开始做匀加速直线运动,随后煤块又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设煤块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,A、B间的距离L=2m,g取10m/s2.
(1)求煤块刚开始运动时加速度的大小;
(2)求煤块传送到B点的时间和皮带上留下的煤块划痕长度.
(3)如果提高传送带的运行速率,煤块就能被较快地传送到B处,求煤块从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率.
分析:(1)首先分析煤块放上传送带后的受力情况,用牛顿第二定律求出加速度;
(2)结合运动学公式求出匀加速运动过程煤块的位移和传送的位移,二者位移差为皮带上煤块留下划痕的长度.
(3)要使传送的时间最短,可知煤块应始终做匀加速运行,所以当煤块到达右端刚好等于传送带速度时,传送带速度最小.
解答:解:(1)由牛顿第二定律得煤块做匀加速运动的加速度为:
a=
μmg
m
=1m/s2
(2)由公式v2=2ax得煤块做匀加速直线运动的位移为:
x=
v2
2a
=
12
2×1
=0.5m<2m
所以煤块先加速后匀速运动,加速时间:t1=
v
a
=
1
1
=1s,
匀速时间:t2=
L-x
v
=
2-0.5
1
=1.5s
煤块传送到B点的时间:t=t1+t2=1s+1.5s=2.5s
煤块匀加速时间内传送带的位移为:x′=vt1=1×1=1m
则皮带上留下的煤块划痕长度为:△x=x′-x=1-0.5=0.5m;
(3)要使传送的时间最短,可知煤块应始终做匀加速运行,所以当煤块到达右端刚好等于传送带速度时,传送带速度最小.设传送带的最小运行速率为vmin,则有:vmin2=2aL
因加速度仍为:a=lm/s2,
所以最小运行速率为:vmin=
2aL
=
2×1×2
=2m/s
行李最短运行时间为:tmin=
vmin
a
=
2
1
=2s;
答:(1)煤块刚开始运动时加速度的大小1m/s2;
(2)煤块传送到B点的时间2.5s,皮带上留下的煤块划痕长度0.5m.
(3)如果提高传送带的运行速率,煤块就能被较快地传送到B处,煤块从A处传送到B处的最短时间2s,传送带对应的最小运行速率2m/s.
点评:该题考查是的传送带问题,解决本题的关键会根据受力判断行李的运动情况,行李在传送带上先加速运动,然后再和传送带一起匀速运动,若要时间最短,则行李一直做匀加速运动.
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