关于传送带传送物体的结论总结1. 基本道具:传送带(分水平和倾斜两种情形)、物件(分有无初速度两种情形)2. 问题基本特点:判断能否送达、离开速度大小、历时、留下痕迹长度等等。
3. 基本思路:分析各阶段物体的受力情况,并确定物件的运动性质(由合外力和初速度共同决定,即动力学观点)4. 典型事例:一、水平传送带例1:如图所示,设两半径均为R 的皮带轮轴心间距离为L ,物块与传送带间的动摩擦因素为μ.物块(可视为质点)质量为m ,从水平以初速度v 0滑上传送带左端。
试讨论物体在传送带上留下的痕迹(假设物块为深色,传送带为浅色)(一) 若传送带静止不动,则可能出现:1、v 0=gL μ2,恰好到达右端,v t =0,历时t =g v μ0, 留下痕迹△S=L2、v 0﹥gL μ2,从右端滑离,v t =L v g 220μ-,历时t =g gL μμ2v v 200--,留下痕迹△S=L3、v 0<gL μ2,只能滑至离左端S =g v μ220处停下,v t =0,历时t =gv μ0,留下痕迹△S=S =g v μ220 (二) 若传送带逆时针以速度匀速运动,可能出现:1、v 0=gL μ2恰好能(或恰好不能)到达右端,v t =0,历时t =gv μ0,留下痕迹长△S 有两种情形:(1)当v <0)2(v g R L μπ+时,△S=vt+L =gv v μ0⋅+L ;(2)当v ≥0)2(v g R L μπ+时, △S =2(L +πR _){注意:痕迹长至多等于周长,不能重复计算}。
2、v 0﹥gL μ2,从右端滑出,v t =L v g 220μ-,历时t =ggLμμ2v v 200--,留下的痕迹长△S 也有两种情形:(1)当v <t R L π2+时,△S =vt +L ;(2)当 v ≥tR L π2+时,△S =2(L +πR ) 3、v 0<gL μ2,物块先向右匀减速至离左端S =g v μ220处,速度减为零,历时t 1=gv μ0,之后,(1)如果v 0≤v ,物块将一直向左匀加速运动,最终从左端滑落,v t =v 0,又历时t 2=t 1,留下的痕迹长△S =2vt 1(但至多不超过2L +2πR )。
(2)如果v 0>v ,物块将先向左匀加速运动一段时间t 2=gv μ,再随传送带一起向左匀速运动一段时间t 3=gv v v μ2)(220-,最终从左端滑落;v t =v ,留下的痕迹长△S =v (t 1+t 2)+20v (t 1-t 2)(但最多不超过2L +2πR ).(三)若传送带顺时针以速度v 匀速运动,可能出现1.0≤v 0≤gL v μ22-,物块一直做匀加速运动,从右端滑出,v t =gL v μ220+,历时t =g v gL v μμ0202-+,留下的痕迹长△S =(vt -L )(但最多不超过2L +2πR ) 2. gL v μ22-<v 0<v ,物块先向右做匀加速,历时t 1=gv v μ0-,后随传送带一块以速度v 匀速运动,历时t 2=gv v gL v μμ22220-+,v t =v ,留下的痕迹长△S =gv v μ2)(20-(但此时必有△S <L )3.v 0=v ,物块始终随传送带一块向右匀速运动,历时t =0v L ,v t =v ,△S =0 二、倾斜传送带:例2:如图所示。
传送带倾角为θ,两轮半径均为R,轴心间距离为L 。
物块的质量为m (可视为质点)。
与传送带间的动摩擦因数为μ,试讨论物体在传送带上留下的痕迹(假设物块为深色,传送带为浅色):(一)传送带顺时针以速度v 匀速运动,而物块轻放于最低端,可能出现:1. μ≤tanθ,即mgsinθ≥mgcosθ ,无论V 多大物块无法被传递到顶端;2. μ>tanθ,即mgsinθ<μmgcosθ,说明物块放上后将向上匀加速运动(受力如图),加速度a =g (μcosθ-sinθ)(1) 如果v ≥L g )sin cos (2θθμ- ,则物块一直向上做匀加速运动,至顶端v t =L g )sin cos (2θθμ-,历时 t =a L 2=)sin cos (2θθμ-g L , 留下的痕迹长△S = v t -L (但至多不超过2πR +2L )。
(2) 如果v <L g )sin cos (2θθμ-,则物块先向上匀加速运动至离底端S 1=)sin cos (22θθμ-g v ,历时t 1=)sin cos (θθμ-g v ;之后,∵mgsinθ<μmgcosθ,滑动摩擦力突变为静摩擦力,大小f ’=mgsinθ,物块随传送带一起以速度v 向上匀速运动,直至从顶端滑离;v t = v ,又历时t 2=v L -)sin cos (2θθμ-g v ; 留下的痕迹长△S =)sin cos (22θθμ-g v = S 1<L 。
(二)传送带顺时针以速度v 匀速运动,而物块轻放于最顶端,可能出现:1.μ≥tanθ,即mgsinθ≤μmgcosθ,无论v 多大,物块无法被传递到底端;2.μ<tanθ,即mgsinθ>μmgcosθ,物体将匀加速下滑,加速度a =g (sinθ-μcosθ),从底端滑离;v t =)cos (sin 2θθ-gl ,历时t =)cos (sin 2θθ-g L , 留下的痕迹长△S = vt +L (但至多不超过2πR +2L )。
(三) 传送带逆时针以速度v 匀速运动,而物块轻放于最顶端,可能出现:1. v ≥L g )sin cos (2θθμ+,物块一直向下匀加速运动,a =g (sinθ+μcosθ),从底端滑离;v t =L g )sin cos (2θθμ+,留下痕迹长△S =vt -L (但至多不超过2πR +2L )。
2. v <L g )sin cos (2θθμ+,物块先向下以加速度a 1=g (sinθ+μcosθ)做匀加速运动,至距顶端S 1=)sin cos (22θθμ+g v 处,速度达到v ,历时t 1=)sin cos (2θθμ+g v ,此后, (1)如果μ<tanθ,则继续以a 1=g (sinθ-μcosθ)向下做加速运动,从底端滑离时v t =)(2122S L a v -+,又历时t 2=2a v v t -,整个过程中留下痕迹长为△S ,①当v t ≤3 v 时, △S =)sin cos (22θθμ+g v = S 1;②当v t >3 v 时,△S =2)(2t v v t - (2) 如果μ≥tanθ,则物块将随传送带以速度v 一起向下匀速运动(这期间滑动摩擦力变为沿斜面向上的静摩擦力),直至从底端滑离;v t = v ,又历时t 2=vS L 1-,整个过程中,留下的痕迹长△S=)sin cos (22θθμ+g v = S 1。
(四)设传送带足够长,且μ≥tanθ,开始时,传送带静止,物块轻放于最顶端。
现让传送带以恒定的加速度a 0逆时针开始运动,当其速度达到v 0后,便以此速度做匀速运动。
经过一段时间,物块在传送带上面留下了一段痕迹,物块相对于传送带不再滑动。
求此痕迹的长度△S 。
【分析】依题意可知,物块能在传送带上留下一段痕迹,现设传送带匀加速运动时的加速度a 0>g (sinθ+μcosθ).如果a 0≤g (sinθ+μcosθ),则物块将随着传送带一起运动,并始终保持相对静止,不会留下一段痕迹,这与题设条件不符。
设传送带匀加速运动时间t 1,自开始至物块速度也达v 0共历时t ,则v 0= a 0t 1=at ①物块速度达到v 0之前,受力如图甲,加速度a = g (sinθ+μcosθ). ②物块在传送带上留下的痕迹长△S = a 0t 12+ v 0(t -t 1)-21at 2 ③ 物块速度达到v 0时,∵mgsinθ≤μmgcosθ ,滑动摩擦力(沿斜面向下)突变为静摩擦力 F 静= mgsinθ(方向沿斜面向上),之后,相对传送带静止随传送带一起以v 0向下匀速运动。
受力如图乙所示。
联立① ② ③可得;△S=)cos (sin 2)]cos (sin [0020θμθθμθ++-g a g a v巩固练习1.如图所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v 1沿顺时针方向运动,传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面,物体以恒定的速率v 2沿直线向左滑上传送带后,经过一段时间又返回´光滑水平面上,这时速率为v 2´,则下列说确的是( AB )A 、若v 1<v 2,则v 2´=v 1B 、若v 1>v 2,则v 2´ =v 2C 、不管v 2多大,总有v 2´=v 2D 、只有v 1=v 2时,才有v 2´=v 12.已知一足够长的传送带与水平面的倾角为θ,以一定的速度匀速运动。
某时刻在传送带适中的位置冲上一定初速度的物块(如图a ),以此时为t =0时刻记录了小物块之后在传送带上运动速度随时间的变化关系,如图b 所示(图中取沿斜面向上的运动方向为正方向,其中两坐标大小v 1>v 2)。
已知传送带的速度保持不变,物块与传送带间的μ>tan θ(g 取10 m/s 2),则( )A .0~t 1,物块向上做匀减速运动B .t 1~t 2,物块向上做匀加速运动C .0~t 2,传送带对物块的摩擦力始终沿斜面向下D .t 2以后物块随传送带一起向上做匀速运动不受摩擦力作用3.将一个粉笔头轻放在以2m/s 的恒定速度运动在足够长的水平传送带上后,传送带上留下一条长度为4m 的划线。
若使该传送带仍以2m/s 的初速改做匀减速运动,加速度大小恒为1.5m/s 2,且在传送带开始做匀减速运动的同时,将另一粉笔头(与传送带的动摩擦因数和第一个相同)轻放在传送带上,该粉笔头在传送带上能留下一条多长的划线?3.解析:在同一v -t 坐标图上作出两次划线粉笔头及传送带的速度图象,如图所示。
第一次划线。
传送带匀速,粉笔头匀加速运动,AB 和OB 分别代表它们的速度图线。
速度相等时(B 点),划线结束,图中 的面积代表第一次划线长度 ,即B 点坐标为(4,2),粉笔头的加速度 。
v 2 v 1t v v 00 v 1 t 1 t 2 t 3传送带 粉笔头 f N a 图甲mgF 静Nv 0mg 图乙第二次划线分两个AE 代表传送带的速度图线,它的加速度为 可算出E 点坐标为(4/3,0)。
OC 代表第一阶段粉笔头的速度图线,C 点表示二者速度相同,即C 点坐标为(1,0.5)该阶段粉笔头相对传送带向后划线,划线长度 。
等速后,粉笔头超前,所受滑动摩擦力反向,开始减速运动, 由于传送带先减速到0,所以后来粉笔头一直匀减速至静止。