题目内容

如图所示,水平传送带的皮带以恒定的速度v运动,一个质量为m小物块以一定的水平初速度v垂直皮带边缘滑上皮带,假设皮带足够大,物块与皮带间的动摩擦因数为μ,求:

(1)分析说明物块在皮带上做什么运动?

(2)物块在皮带上运动的整个过程中,摩擦力对物块做的功及生的热.

(3)物块在皮带上运动的速度最小值.

答案:
解析:

以传送带的运动方向为x轴、以物块运动方向为y轴,建立平面直角坐标系.

(1)先以传送带为参考系考虑问题:开始时物块相对于传送带的速度大小为,方向与x轴成135°.滑动摩擦力方向总与相对运动的方向相反,即与x轴成-45°.如图所示.由于物块受到的外力为恒力,它相对于传送带做的是匀减速直线运动,至速度减为0,就不再受摩擦力作用,将与传送带保持相对静止.

现在再转换到以地面为参考系:物块一方面做初速度为(方向沿135°方向)、加速度为μg的匀减速直线运动;一方面物块随皮带一起沿+x方向做速度为v的匀速直线运动.运动轨迹如图中曲线所示.

(2)以地面为参考系,对整个运动过程应用动能定理,得摩擦力对物块做的功W=0.

以传送带为参考系,整个运动过程物块动能的减小即等于生的热,

得Q=ΔEk相对==mv2

(如果以地面为参考系求生的热,应先求相对于传送带的位移,

s相对=

则生的热=mv2

(3)物块在皮带上运动(相对地面)x方向是初速为0的匀加速运动,vx=ax·t,

y方向是初速为v的匀减速运动,vy=v-ay·t,其中ax=ay=μg.

合速度为,即v2=vx2+vy2=2ax2t2-2vaxt+v2

当t=时v2有最小值,最小速度v合min=


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