题目内容

如图所示,水平传送带AB的右端与竖直面内的用光滑钢管弯成的“9”形固定轨道相接, 钢管内径很小。 传送带的运行速度为v0=6m/s ,将质量m=1.0kg的可看作质点的滑快无初速地放到传送带A端,已知传送带高度为h=12.0m ,  长度为L=12.0m , “9” 字全高H=0.8m ,“9” 字上半部分圆弧半径为R=0.2m, 滑块与传送带间的动摩擦因数为m= 0.3 , 重力加速度g=10m/s2 ,  试求:

(1)滑块从传送带A端运动到B端所需要的时间

(2)滑块滑到轨道最高点C时对轨道作用力的大小和方向

(3)滑块从D点抛出后的水平射程

(1)3s(2)90N,方向竖直向上(3)2.1m


解析:

(1)滑块在传送带上加速运动时,由牛顿第二定律mmg=ma , 得a= mg=3m/s2

加速到与传送带达到同速所需要的时间,t=v0/a=2m/s……..1分

位移s1=1/at2 =6m……..1分

之后滑块做匀速运动的位移s2=L—S1=6m……..1分

所用的时间t2=s2/v0=1s……..1分

故t=t1+t2=3s……..1分

滑块由B到C的过程中机械能守恒mgH+1/mvt2=1/mv02……..1分

在C点,轨道对滑块的弹力与其重力的合力为其做圆周运动提供向心力,设轨道对滑块的弹力方向竖直向下,由牛顿第二定律得,

FN+mg=mvc2/R  解得,FN=90N……..1分

即轨道对滑块的弹力方向竖直向下,由牛顿第三定律得,滑块对轨道的压力大小为N1=N =90N,方向竖直向上……..1分

滑块从C到D的过程,机械能守恒得,mg2R+1/mvC2=1/mvD2得,VD =2m/s……..1分

D点到水平面的高度HD=h+(H-2R)=0.8m……..1分

由HD=1/gt2 得, t3==0.4s……..1分

故水平射程x=vDt3=2.1m……..1分

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