Question

如圖所示為貨場(chǎng)使用的傳送帶的模型，傳送帶傾斜放置，與水平面夾角為θ=37°，傳送帶AB長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，傳送皮帶輪以大小為υ=2m/s的恒定速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．一包貨物以υ=12m/s的初速度從A端滑上傾斜傳送帶，若貨物與皮帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，且可將貨物視為質(zhì)點(diǎn)．
（1）求貨物剛滑上傳送帶時(shí)加速度為多大？
（2）經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間貨物的速度和傳送帶的速度相同？這時(shí)貨物相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)了多遠(yuǎn)？
（3）從貨物滑上傳送帶開(kāi)始計(jì)時(shí)，貨物再次滑回A端共用了多少時(shí)間？（g=10m/s²，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）

Answer 1

【答案】分析：（1）貨物剛滑上傳送帶時(shí)，受到重力、傳送帶的支持力和沿傳送帶向下的滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律求解加速度．
（2）貨物向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出貨物的速度和傳送帶的速度相同經(jīng)歷的時(shí)間和上滑的位移．
（3）貨物的速度和傳送帶的速度相同后，繼續(xù)向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力方向沿傳送帶向上，由牛頓第二定律求出加速度，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出速度減至零的時(shí)間和位移，再求出上滑的總位移．貨物到達(dá)最高點(diǎn)后將沿傳送帶勻加速下滑，由下滑位移大小與上滑總位移大小相等，求出下滑的時(shí)間，最后求出總時(shí)間．
解答： 解：
（1）設(shè)貨物剛滑上傳送帶時(shí)加速度為，貨物受力如圖所示：根據(jù)牛頓第二定律得
      沿傳送帶方向：mgsinθ+F_f=ma₁
      垂直傳送帶方向：mgcosθ=F_N
又F_f=μF_N
由以上三式得：a₁=g（sinθ+μcosθ）=10m/s²    方向沿傳送帶向下．
（2）貨物速度從v減至傳送帶速度v所用時(shí)間設(shè)為t₁，位移設(shè)為x₁，則有：
  t₁=，x₁==7m
（3）當(dāng)貨物速度與傳送帶速度時(shí)，由于mgsinθ＞μmgcosθ，此后貨物所受摩擦力沿傳送帶向上，設(shè)貨物加速度大小為a₂，則有mgsinθ-μcosθ=ma₂，
   得：a₂=g（sinθ-μcosθ）=2m/s²，方向沿傳送帶向下．       
  設(shè)貨物再經(jīng)時(shí)間t₂，速度減為零，則t₂==1s    
  沿傳送帶向上滑的位移x₂==1m    
  則貨物上滑的總距離為x=x₁+x₂=8m．
貨物到達(dá)最高點(diǎn)后將沿傳送帶勻加速下滑，下滑加速度等于a₂．設(shè)下滑時(shí)間為t₃，
  則x=，代入，解得t₃=2s．
∴貨物從A端滑上傳送帶到再次滑回A端的總時(shí)間為t=t₁+t₂+t₃=（2+2）s．
答：（1）貨物剛滑上傳送帶時(shí)加速度為10m/s²，方向沿傳送帶向下．
    （2）經(jīng)過(guò)1s時(shí)間貨物的速度和傳送帶的速度相同，這時(shí)貨物相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)了8m．
    （3）從貨物滑上傳送帶開(kāi)始計(jì)時(shí)，貨物再次滑回A端共用了=（2+2）s．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了傾斜傳送帶上物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，分析判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況是難點(diǎn)．