如图,传送带与地面倾角为37°,AB长16m,传送带以10m/s的速率逆时针转动,在带上A端无初速的放一质量为0.5kg物体,它与带间的动摩擦因数为0.5,求:(1)物体从A运动到B分别做何运动;(2)物体从A运动到B所需时间?

问题描述:

如图,传送带与地面倾角为37°,AB长16m,传送带以10m/s的速率逆时针转动,在带上A端无初速的放一质量为0.5kg物体,它与带间的动摩擦因数为0.5,求:

(1)物体从A运动到B分别做何运动;
(2)物体从A运动到B所需时间?

(1)开始运动时物体向下做匀加速直线运动:a1

f+Gx
m
=
μmgcos370+mgsin370
m
=0.5×10×0.8+10×0.6=10m/s2
加速时间:t1
V
a1
10
10
=1s

运动位移:S1
v2
2a1
100
20
=5m<16m

第二阶段由于Gx>μN,故物体继续向下做匀加速直线运动;
(2)根据牛顿第二定律,有:
a2
Gx−f
m
mgsin370−μmgcos370
m
=10×0.6-0.5×10×0.8=2m/s2
第二阶段的位移:s2=L-s1=16-5=11m
s2=vt2+
1
2
a2
t
2
2

带入数据有:11=10t2+
1
2
×2×
t
2
2

解得:t2=1s
t=t1+t2=1+1=2s
答:(1)物体从A运动到B先做加速度为10m/s2的匀加速直线运动,后做加速度为2m/s2的匀加速直线运动;
(2)物体从A运动到B所需时间为2s.
答案解析:物体放在传送带上后,开始阶段,传送带的速度大于物体的速度,传送带给物体一沿斜面向下的滑动摩擦力,物体由静止开始加速下滑,当物体加速至与传送带速度相等时,由于μ<tanθ,物体在重力作用下将继续加速,此后物体的速度大于传送带的速度,传送带给物体沿传送带向上的滑动摩擦力,但合力沿传送带向下,物体继续加速下滑.
考试点:牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的速度与位移的关系.
知识点:从上述例题可以总结出,皮带传送物体所受摩擦力可能发生突变,不论是其大小的突变,还是其方向的突变,都发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻.