题目内容

5.如图,传送带与水平地面的倾角θ=37°,A、B两端相距5.0m,一物体以v0=6.0m/s的初速度从A端冲上传送带,物体与传送带间的动摩擦因为0.5.传送带顺时针运转且速度v=4.0m/s,(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)物体从A点到达B点所需的时间;
(2)若传送带顺时针运转的速度可以调节,则传送带速度至少为多少时,物体从A点到达B点的时间会最短,且最短时间是多少?

分析 (1)根据牛顿第二定律求出物体在A上向上做匀减速运动的加速度大小,根据速度时间公式求出物体速度达到传送带速度的时间,物体速度达到传送带速度后,相对传送带向下滑,摩擦力沿斜面向上,根据牛顿第二定律求出继续向上做匀减速运动的加速度,结合位移时间公式求出继续匀减速运动的时间,从而得出总时间.
(2)若传送带的速度较大,沿AB上滑时所受摩擦力一直沿皮带向上,此时物体减速的加速度最小,则所用时间最短,由位移时间公式求出运动的时间.

解答 解:(1)设在AB上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得
mgsinθ十μmgcosθ=ma1    
设经t1速度与传送带速度相同,${t}_{1}=\frac{{v}_{0}-v}{{a}_{1}}$,
通过的位移${s}_{1}=\frac{{{v}_{0}}^{2}-{v}^{2}}{2{a}_{1}}$,
速度小于v1至减为零前的加速度为
mgsinθ-μmgcosθ=ma2
$L-{s}_{1}=v{t}_{2}-\frac{1}{2}{a}_{2}{{t}_{2}}^{2}$,
物体继续减速,设经t2速度到达传送带B点,t=t1+t2
代入数据,联立解得t=2.2s,
(2)若传送带的速度较大,沿AB上滑时所受摩擦力一直沿皮带向上,此时物体减速的加速度最小,则所用时间最短,此时传送带速度至少为6m/s.
此种情况加速度一直为a2,
L=v0t-$\frac{1}{2}$a2t2     
代入数据解得t=ls       
答:(1)物体从A点到达B点所需的时间为2.2s.
(2)传送带速度至少为6m/s时,物体从A点到达B点的时间会最短,最短时间是1s.

点评 传送带问题一直是学生头大的问题,关键是明确物体所受传送带摩擦力方向的判断,摩擦力的方向与物体相对传送带运动方向相反,而牛顿第二定律和运动学公式的应用选取的参照物是地面.

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