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高中物理 传送带模型 典型例题(含答案)【经典】

难点形成的原因: 1、对于物体与传送带之间是否存在摩擦力、是滑动摩擦力还是静摩擦力、摩擦力的方向如何,等等,这些关于摩擦力的产生条件、方向的判断等基础知识模糊不清; 2、对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动,判断错误;3、对于物体在传送带上运动过程中的能量转化情况考虑不全面,出现能量转化不守恒的错误过程。

1、水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,如图所示为一水平传送带装置示意图.绷紧的传送带AB 始终保持恒定的速率v =1 m/s 运行,一质量为m =4 kg 的行李无初速度地放在A 处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,A 、B 间的距离L =2 m ,g 取10 m/s 2.(1)求行李刚开始运动时所受滑动摩擦力的大小与加速度的大小;(2)求行李做匀加速直线运动的时间;(3)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B 处,求行李从A 处传送到B 处的最短时间和传送带对应的最小运行速率.解析 (1)行李刚开始运动时,受力如图所示,滑动摩擦力:F f =μmg =4 N 由牛顿第二定律得:F f =ma 解得:a =1 m/s 2(2)行李达到与传送带相同速率后不再加速,则:v =at ,解得t =v a =1 s(3)行李始终匀加速运行时间最短,且加速度仍为a =1 m/s 2,当行李到达右端时,有:v 2min =2aL 解得:v min =2aL =2 m/s故传送带的最小运行速率为2 m/s 行李运行的最短时间:t min =v min a=2 s 2:如图所示,传送带与地面成夹角θ=37°,以10m/s 的速度顺时针转动,在传送带下端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.9,已知传送带从A →B 的长度L=50m ,则物体从A 到B 需要的时间为多少?【解析】物体放上传送带以后,开始一段时间,其运动加速度2m/s 2.1sin cos =-=m mg mg a θθμ。

这样的加速度只能维持到物体的速度达到10m/s 为止,其对应的时间和位移分别为: ,33.8s 2.1101s a v t === m 67.412 21==a s υ<50m以后物体受到的摩擦力变为沿传送带向上,其加速度大小为零(因为mgsin θ<μmgcos θ)。

设物体完成剩余的位移2s 所用的时间为2t ,则202t sυ=,50m -41.67m=210t 解得: s, 33.8 2=t所以:s 66.16s 33.8s 33.8=+=总t 。

3、如图所示,绷紧的传送带,始终以2 m/s 的速度匀速斜向上运行,传送带与水平方向间的夹角θ=30°。

现把质量为10 kg 的工件轻轻地放在传送带底端P 处,由传送带传送至顶端Q 处。

已知P 、Q 之间的距离为4 m ,工件与传送带间的动摩擦因数μ=32,取g =10 m/s 2。

(1)通过计算说明工件在传送带上做什么运动;(2)求工件从P 点运动到Q 点所用的时间。

[答案] (1)先匀加速运动0.8 m ,然后匀速运动3.2 m (2)2.4 s解析 (1)工件受重力、摩擦力、支持力共同作用,摩擦力为动力由牛顿第二定律得:μmg cos θ-mg sin θ=ma 代入数值得:a =2.5 m/s 2则其速度达到传送带速度时发生的位移为 x 1=v 22a =222×2.5m =0.8 m<4 m 可见工件先匀加速运动0.8 m ,然后匀速运动3.2 m(2)匀加速时,由x 1=v 2t 1得t 1=0.8 s 匀速上升时t 2=x 2v =3.22s =1.6 s 所以工件从P 点运动到Q 点所用的时间为 t =t 1+t 2=2.4 s4:如图所示,传送带与地面成夹角θ=37°,以10m/s 的速度逆时针转动,在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,已知传送带从A →B的长度L=5m ,则物体从A 到B 需要的时间为多少?【解析】物体放上传送带以后,开始一段时间,其运动加速度2m/s 10cos sin =+=m mg mg a θμθ。

这样的加速度只能维持到物体的速度达到10m/s 为止,其对应的时间和位移分别为: ,1s 10101s a v t ===m 52 21==a s υ 此时物休刚好滑到传送带的低端。

所以:s 1=总t 。

5:如图所示,传送带与地面成夹角θ=30°,以10m/s 的速度逆时针转动,在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.6,已知传送带从A →B 的长度L=16m ,则物体从A 到B 需要的时间为多少?【解析】物体放上传送带以后,开始一段时间,其运动加速度2m/s 46.8cos sin =+=m mg mg a θμθ。

这样的加速度只能维持到物体的速度达到10m/s 为止,其对应的时间和位移分别为: ,18.1s 46.8101s a v t ===m 91.52 21==a s υ<16m以后物体受到的摩擦力变为沿传送带向上,其加速度大小为零(因为mgsin θ<μmgcos θ)。

设物体完成剩余的位移2s 所用的时间为2t ,则202t s υ=,16m -5.91m=210t 解得: s, 90.10 2=t 所以:s 27.11s 09.10s 18.1=+=总t 。

6:如图,倾角为37°,长为l =16 m 的传送带,转动速度为v =10 m/s ,动摩擦因数μ=0.5,在传送带顶端A 处无初速度地释放一个质量为m =0.5 kg 的物体.已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g =10 m/s 2.求:(1)传送带顺时针转动时,物体从顶端A 滑到底端B 的时间;(2)传送带逆时针转动时,物体从顶端A 滑到底端B 的时间.答案 (1)4 s (2)2 s解析 (1)传送带顺时针转动时,物体相对传送带向下运动,则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上,相对传送带向下匀加速运动,根据牛顿第二定律有mg (sin 37°-μcos 37°)=ma则a =g sin 37°-μg cos 37°=2 m/s 2,根据l =12at 2得t =4 s. (2)传送带逆时针转动,当物体下滑速度小于传送带转动速度时,物体相对传送带向上运动,则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下,设物体的加速度大小为a 1,由牛顿第二得,mg sin 37°+μmg cos 37°=ma 1 则有a 1=mg sin 37°+μmg cos 37°m=10 m/s 2 设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为t 1,位移为x 1,则有t 1=v a 1=1010 s =1 s ,x 1=12a 1t 21=5 m<l =16 m 当物体运动速度等于传送带速度瞬间,有mg sin 37°>μmg cos 37°,则下一时刻物体相对传送带向下运动,受到传送带向上的滑动摩擦力——摩擦力发生突变.设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为a 2,则a 2=mg sin 37°-μmg cos 37°m=2 m/s 2 x 2=l -x 1=11 m 又因为x 2=vt 2+12a 2t 22,则有10t 2+t 22=11,解得:t 2=1 s(t 2=-11 s 舍去)所以t 总=t 1+t 2=2 s. 7.如图所示,足够长的传送带与水平面倾角θ=37°,以12m/s 的速率逆时针转动。

在传送带底部有一质量m = 1.0kg 的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ= 0.25,现用轻细绳将物体由静止沿传送带向上拉动,拉力F = 10.0N ,方向平行传送带向上。

经时间t = 4.0s 绳子突然断了,求:(1)绳断时物体的速度大小;(2)绳断后物体还能上行多远(3)从绳断开始到物体再返回到传送带底端时的运动时间( g = 10m/s 2,sin 37°= 0.6,cos 37°= 0.8)答案:1 、8.0m/s 2、 = 4.0m 3、3.3s【解析】(1)物体开始向上运动过程中,受重力mg ,摩擦力F f ,拉力F ,设加速度为a 1,则有F – mgsinθ- F f = m a 1 又 F f = μF N F N = mgcosθ得a 1 = 2.0m / s 2 所以 ,t = 4.0s 时物体速度v 1 =a 1t = 8.0m/s(2)绳断后, 物体距传送带底端s 1 =a 1t 2 /2= 16m.设绳断后物体的加速度为a 2, 由牛顿第二定律得-mgsinθ - μmgcosθ= m a 2 a 2 = -8.0m / s 2 物体做减速运动时间t 2 = -12v a = 1.0s减速运动位移s 2=v 1t 2+ a 2t 2 2 /2 = 4.0m(3)此后物体沿传送带匀加速下滑, 设加速度为a 3, 由牛顿第二定律得mgsinθ + μmgcosθ= m a 2 a 3 = 8.0m / s 2 当物体与传送带共速时向下运动距离s 3=v 2/(2a 3)=9m 用时t 3 = v / a 3=1.5s共速后摩擦力反向,由于mgsinθ 大于 μmgcosθ,物体继续沿传送带匀加速下滑,设此时加速度为a 4, 由牛顿第二定律得Mgsinθ-μmgcosθ=ma 4下滑到传送带低部的距离为s 4= s 1+s 2-s 3=11m 设下滑的时间为t4,由得t 4=0.8s 最后得t=t 2+t 3+t 4=3.3s 8:在民航和火车站可以看到用于对行李进行安全检查的水平传送带。

当旅客把行李放到传送带上时,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速运动。

随后它们保持相对静止,行李随传送带一起前进。

设传送带匀速前进的速度为0.25m/s ,把质量为5kg 的木箱静止放到传送带上,由于滑动摩擦力的作用,木箱以6m/s 2的加速度前进,那么这个木箱放在传送带上后,传送带上将留下一段多长的摩擦痕迹?解法一:行李加速到0.25m/s 所用的时间:t =a v 0=s 625.0=0.042s 行李的位移: x 行李=221at =m 2)042.0(621⨯⨯=0.0053m传送带的位移:x 传送带=V0t =0.25×0.042m =0.0105m摩擦痕迹的长度:mm m x x x 50052.0≈=-=∆行李传送带解法二:以匀速前进的传送带作为参考系.设传送带水平向右运动。

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