题目内容

5.如图所示,光滑水平面与一倾斜运输带MP相接,运输带与水平面夹角θ=30°,运输带顺时针运行的速率v0=4m/s.在水平面上的N点处方一质量m=1kg的小物体,N点与运输带下端M点间距离x=4m,现对小物体施加水平恒力F=8N作用用至M点撤掉,连接点M处是平滑的,小物体在此处无碰撞能量损失.小物体与运输带间的动摩擦因数为μ=$\frac{\sqrt{3}}{6}$,到达运输带最高点P时速度恰好为零,取g=10m/s2.求:
(1)小物体运动到M时的速度大小;
(2)MP之间的距离L.

分析 (1)对物体在水平面上受力分析和做功分析,根据动能定理求小物体运动到M时的速度;
(2)小物体运动到M时的速度大于传送带的速度,物体将在摩擦力作用下做减速运动,根据牛顿第二定律求出加速度和位移,当速度减至与传送带一致时,由于摩擦力小于物体重力沿斜面向下的分力,摩擦力改变方向向上,物体向上做减速运动,速度减为O时到达最高点P,分两段求解物体上滑的位移即可.

解答 解:(1)小物体从N至M点的过程,由动能定理得:
Fx=$\frac{1}{2}$mv2-0,
解得:v=$\sqrt{\frac{2Fx}{m}}$=$\sqrt{\frac{2×8×4}{1}}$=8m;
(2)物体在斜面上向上做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma1,
代入数据解得:a1=7.5m/s2,
物体速度与传送带速度相等时位移为:s1=$\frac{{v}^{2}-{v}_{0}^{2}}{2{a}_{1}}$=$\frac{{8}^{2}-{4}^{2}}{2×7.5}$=3.2m,
小物体与传送带共速后,由于μmgcosθ<mgsinθ,所以物体继续做减速运动,
由牛顿第二定律得:mgsinθ-μmgcosθ=ma2,
代入数据解得:a2=2.5m/s2,
物体到达P点时速度为零,位移为:L2=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2{a}_{2}}$=$\frac{{4}^{2}}{2×2.5}$=3.2m,
MP之间的距离为:L=L1+L2=3.2+3.2=6.4m.
答:(1)小物体运动到M时的速度大小为8m/s;
(2)MP之间的距离L为6.4m.

点评 此题考查传送带、受力分析、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律、摩擦生热等知识点,熟练掌握相关知识,静下心来分过程研究是解决问题的关键.

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