4.如图所示为火车站装载货物的原理示意图,设AB段是距水平传送带装置高为H=5m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=8m,与货物包的摩擦系数为μ=0.6,皮带轮的半径为R=0.2m,上部距车厢底水平面的高度h=0.45m.设货物由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失.通过调整皮带轮(不打滑)的转动角速度ω可使货物经C点抛出后落在车厢上的不同位置,取g=10m/s2,求:

(1)当皮带轮静止时,货物包在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(2)当皮带轮以角速度ω=20 rad/s顺时方针方向匀速转动时,包在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(3)试写出货物包在车厢内的落地点到C点的水平距离S随皮带轮角速度ω变化关系,并画出S-ω图象.(设皮带轮顺时方针方向转动时,角速度ω取正值,水平距离向右取正值)

解:由机械能守恒定律可得:

,所以货物在B点的速度为V0=10m/s       

(1)货物从B到C做匀减速运动,加速度 

设到达C点速度为VC,则:,所以:VC=2 m/s    

落地点到C点的水平距离:                 

(2)皮带速度   V皮=ω·R=4 m/s,          

同(1)的论证可知:货物先减速后匀速,从C点抛出的速度为VC=4 m/s,

落地点到C点的水平距离:               

(3)①皮带轮逆时针方向转动:

无论角速度为多大,货物从B到C均做匀减速运动:在C点的速度为VC=2m/s,落地点到C点的水平距离S=0.6m                                        

②皮带轮顺时针方向转动时:

Ⅰ、0≤ω≤10 rad/s时, S=0.6m                      

Ⅱ、10<ω<50 rad/s时, S=ω·R=0.06ω               

Ⅲ、50<ω<70 rad/s时, S=ω·R=0.06ω            

Ⅳ、ω≥70 rad/s时, S==4.2m               

S-ω图象如图 (图象全对得分,有错误0分)

 0  274702  274710  274716  274720  274726  274728  274732  274738  274740  274746  274752  274756  274758  274762  274768  274770  274776  274780  274782  274786  274788  274792  274794  274796  274797  274798  274800  274801  274802  274804  274806  274810  274812  274816  274818  274822  274828  274830  274836  274840  274842  274846  274852  274858  274860  274866  274870  274872  274878  274882  274888  274896  447090 

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