题目内容

14.如图所示,静止的水平传送带A、B两点间距L=4m,一质量m=0.5kg的物块以水平初速度v0=6m/s从A点滑上传送带,滑到B点时的速度为2m/s,取重力加速度g=10m/s2.
(1)求物块与传送带间的动摩擦因数;
(2)现使传送带按顺时针方向以恒定的速率v运行,物块仍以初速度v0=6m/s从A点滑上传送带,试求下列三种情况下物块在传送带上的运动时间.①当v=1m/s时;②当v=4m/s时;③当v=8m/s时.

分析 (1)根据速度位移公式求出匀减速直线运动的加速度大小,结合牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小.
(2)根据物块的受力情况,得出物块的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式求出物块在传送带上运动的时间.

解答 解:(1)物块匀减速直线运动的加速度大小$a=\frac{{{v}_{0}}^{2}-{{v}_{B}}^{2}}{2L}=\frac{36-4}{2×4}m/{s}^{2}=4m/{s}^{2}$,
根据牛顿第二定律得,$a=\frac{μmg}{m}=μg$,
解得$μ=\frac{a}{g}=\frac{4}{10}=0.4$.
(2)①当v=1m/s时,物块做匀减速直线运动,加速度大小a=μg=0.4×10m/s2=4m/s2,
由第一问知,物块一直做匀减速直线运动,到达B点的速度为2m/s,
则运动的时间t=$\frac{{v}_{0}-{v}_{B}}{a}=\frac{6-2}{4}s=1s$,
②当v=4m/s时,物块先做匀减速直线运动,再做匀速直线运动,
匀减速运动的时间${t}_{1}=\frac{{v}_{0}-v}{a}=\frac{6-4}{4}s=0.5s$,
匀减速运动的位移${x}_{1}=\frac{{{v}_{0}}^{2}-{v}^{2}}{2a}=\frac{36-16}{2×4}=2.5m$,
则匀速运动的时间${t}_{2}=\frac{L-{x}_{1}}{v}=\frac{4-2.5}{4}s=0.375s$,
物块在传送带上的运动时间t=t1+t2=0.5+0.375s=0.875s.
③当v=8m/s时.物块先做匀加速直线运动,再做匀速运动,
匀加速运动的时间${t}_{1}=\frac{{v-v}_{0}}{a}=\frac{8-6}{4}s=0.5s$,
匀加速运动的位移${x}_{1}=\frac{{v}^{2}-{{v}_{0}}^{2}}{2a}=\frac{64-36}{8}m=3.5m$,
则匀速运动的时间${t}_{2}=\frac{L-{x}_{1}}{v}=\frac{4-3.5}{8}s=0.0625s$,
物块在传送带上的运动时间t=t1+t2=0.5+0.0625s=0.5625s.
答:(1)物块与传送带间的动摩擦因数为0.4;
(2)下列三种情况下物块在传送带上的运动时间分别为1s、0.875s、0.5625s.

点评 解决本题的关键理清物块在传送带上的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解,难度中等.

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