题目内容

19.如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角为37°,在电动机的带动下以v=4m/s的速率顺时针方向运行,在传送带的B端有一离传送带很近的挡板P可将传送带上的物块挡住,在传送带的A端无初速地放一质量m=1kg的物块,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,物块与挡板的碰撞能量损失不计(即物块与挡板碰撞前后速率不变),物块与挡板碰撞时间不计.( g=10m/s2,)求:
(1)物块从静止释放到第一次下滑到挡板P处所用的时间;
(2)物块从静止释放到第一次下滑到挡板P处的过程中,物块相对传送带滑行的路程;
(3)物块从静止释放到第一次上升至最高点的过程中,物块相对传送带滑行的路程.

分析 (1)根据牛顿第二定律求物块下滑的加速度,再由位移时间关系式求时间;
(2)传送带的位移与物块的位移方向相反,所以物块相对传送带的路程为物块的位移加上传送带的位移;
(3)根据速度位移关系求出物块与挡板碰撞的速度,碰撞后,物块先是相对传送带向上滑动,速度相等后物块相对传送带向下滑动,根据牛顿第二定律和运动学公式求出对应的相对位移,即可求出物块从静止释放到第一次上升至最高点的过程中,物块相对传送带滑行的路

解答 解:(1)物块从A点由静止释放,物块相对传送带向下滑,物块沿传送带向下加速运动的加速度${a}_{1}^{\;}$
根据牛顿第二定律有:$mgsinθ-μmgcosθ=m{a}_{1}^{\;}$
 得:${a}_{1}^{\;}=gsinθ-μgcosθ=2m/{s}_{\;}^{2}$
由$L=\frac{1}{2}a{t}_{\;}^{2}$得
物块从A到B的时间$t=\sqrt{\frac{2L}{{a}_{1}^{\;}}}=3s$
(2)在此过程中物块相对传送带向下位移${s}_{1}^{\;}=L+v{t}_{1}^{\;}=21m$
(3)与P碰前的速度${v}_{1}^{\;}=\sqrt{2{a}_{1}^{\;}L}=6m/s$
挡板碰撞后,以v1的速度反弹,因${v}_{1}^{\;}>v$,物块相对传送带向上滑,物块向上做减速运动的加速度为${a}_{2}^{\;}$
根据牛顿第二定律,有$mgsinθ+μmgcosθ=m{a}_{2}^{\;}$
得${a}_{2}^{\;}=gsinθ+μgcosθ=10m/{s}_{\;}^{2}$
物块速度减小到与传送带速度相等的时间${t}_{2}^{\;}=\frac{{v}_{1}^{\;}-v}{{a}_{2}^{\;}}=0.2s$
在t2时间内物块向上的位移${L}_{1}^{\;}=\frac{{v}_{1}^{\;}+v}{2}{t}_{2}^{\;}=1m$
物块相对传送带向上的位移${s}_{2}^{\;}={L}_{1}^{\;}-v{t}_{2}^{\;}=0.2m$
与传送带速度相等后物块相对传送带向下滑,物块向上做减速运动的加速度${a}_{3}^{\;}$
根据牛顿第二定律,有$mgsinθ-μmgcosθ=m{a}_{3}^{\;}$
得${a}_{3}^{\;}=gsinθ-μgcosθ=2m/{s}_{\;}^{2}$
物块速度减小到零的时间${t}_{3}^{\;}=\frac{v}{a}=2s$
物块向上的位移${L}_{2}^{\;}=\frac{v}{2}{t}_{3}^{\;}=4m$
此过程中物块相对传送带向下的位移${s}_{3}^{\;}=v{t}_{3}^{\;}-{L}_{2}^{\;}=4m$
所求路程$s={s}_{1}^{\;}+{s}_{2}^{\;}+{s}_{3}^{\;}=25.2m$
答:(1)物块从静止释放到第一次下滑到挡板P处所用的时间3s;
(2)物块从静止释放到第一次下滑到挡板P处的过程中,物块相对传送带滑行的路程21m;
(3)物块从静止释放到第一次上升至最高点的过程中,物块相对传送带滑行的路程25.2m

点评 本题为多过程问题,过程较为复杂,解题的关键理清每一段过程,分别运用牛顿定律和运动学知识进行分析求解即可;要求思路要清晰,按步骤一步步进行即可求解.

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