[典例1](多选)如图所示,水平传送带以速度v1匀速运动,小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连,t=0时刻P在传送带左端具有速度v2,P与定滑轮间的绳水平,t=t0时刻P离开传送带.不计定滑轮质量和摩擦,绳足够长.正确描述小物体P速度随时间变化的图象可能是()
【答案】BC
[典例2]如图所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行.初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带.若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v-t图象(以地面为参考系)如图乙所示.已知v2>v1,则()
A.t2时刻,小物块离A处的距离达到最大
B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离最大
C.0~t2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左
D.0~t3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用
【答案】B
【解析】物块滑上传送带后将做匀减速运动,t1时刻速度为零,此时小物块离A处的距离达到最大,选项A错误;然后在传送带滑动摩擦力的作用下向右做匀加速运动,t2时刻与传送带达到共同速度,此时小物块相对传送带滑动的距离最大,选项B正确;0~t2时间内,小物块受到的摩擦力方向始终向右,选项C错误;t2~t3时间内小物块不受摩擦力,选项D错误.
2滑块在倾斜传送带上运动常见的四个情景
项目
图示
滑块可能的运动情况
情景一
①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情景二
①可能一直加速
②可能先加速后匀速
③可能先以a1加速后以a2加速
情景三
①可能一直加速
②可能先加速后匀速
③可能一直匀速
④可能先以a1加速后以a2加速
情景四
①可能一直加速
②可能一直匀速
③可能先减速后反向加速
[典例3]如图所示,倾角为37°,长为l=16m的传送带,转动速度为v=10m/s,在传送带顶端A处无初速度的释放一个质量为m=0.5kg的物体,已知物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2.求:
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(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)4s
(2)2s
【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(sin37°-μcos37°)=ma
则a=gsin37°-μgcos37°=2m/s2,
根据l=at2得t=4s.
(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
[典例4]如图所示,A、B两个皮带轮被紧绷的传送皮带包裹,传送皮带与水平面的夹角为θ,在电动机的带动下,可利用传送皮带传送货物.已知皮带轮与皮带之间无相对滑动,皮带轮不转动时,某物体从皮带顶端由静止开始下滑到皮带底端所用的时间是t,则()
A.当皮带轮逆时针匀速转动时,该物体从顶端由静止滑到底端所用时间一定大于t
B.当皮带轮逆时针匀速转动时,该物体从顶端由静止滑到底端所用时间一定小于t
C.当皮带轮顺时针匀速转动时,该物体从顶端由静止滑到底端所用时间可能等于t
D.当皮带轮顺时针匀速转动时,该物体从顶端由静止滑到底端所用时间一定小于t
【答案】D
【总结提升】
传送带问题为高中动力学问题中的难点,主要表现在两方面:
其一,传送带问题往往存在多种可能结论的判定,即需要分析确定到底哪一种可能情况会发生;其二,决定因素多,包括滑块与传送带间的动摩擦因数大小、斜面倾角、传送带速度、传送方向、滑块初速度的大小及方向等,这就需要考生对传送带问题能做出准确的动力学过程分析。
在处理传送带问题中应该掌握的方法:
在确定研究对象并进行受力分析之后,首先判定摩擦力突变(含大小和方向)点,给运动分段。
传送带传送的物体所受的摩擦力,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,物体在传送带上运动时的极值问题,不论是极大值,还是极小值,也都发生在物体速度与传送带速度相等的时刻,所以两者速度相等的时刻是运动分段的关键点,也是解题的突破口。
对于传送带问题,一定要全面掌握上面提到的几类传送带模型,要注意根据具体情况适时进行讨论,看一看有没有转折点、突变点,做好运动阶段的划分及相应动力学分析.尤其要特别注意四点:
对物体在初态时所受滑动摩擦力的方向分析;
对物体在达到与传送带具有相同的速度时其所受摩擦力的情况分析;
(3)对物体和传送带各自对地位移及相对位移情况分析;
(4)要提高可能性分析的意识.
【专练提升】
1.(多选)如图所示是某工厂所采用的小型生产流水线示意图,机器生产出的物体源源不断地从出口处以水平速度v0滑向一粗糙的水平传送带,最后从传送带上落下装箱打包.假设传送带静止不动时,物体滑到传送带右端的速度为v,最后物体落在P处的箱包中.下列说法正确的是()
A.若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来,且传送带速度小于v,物体仍落在P点
B.若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来,且传送带速度大于v0,物体仍落在P点
C.若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来,且传送带速度大于v,物体仍落在P点
D.若由于操作不慎,传送带随皮带轮逆时针方向转动起来,物体仍落在P点
【答案】AD
2.如图甲所示,足够长的水平传送带以v0=2m/s的速度匀速运行.t=0时,在最左端轻放一个小滑块,t=2s时传送带突然制动停下.已知滑块与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2,g=10m/s2.在图乙中,关于滑块相对地面运动的v-t图象正确的是()
【答案】D
【解析】滑块放在传送带上受到滑动摩擦力作用做匀加速运动,a=μg=2m/s2,滑块运动到与传送带速度相同时需要的时间t1==1s,然后随传送带一起匀速运动的时间t2=t-t1=1s,当传送带突然制动停下时,滑块在传送带摩擦力作用下做匀减速运动直到静止,a′=-a=-2m/s2,运动的时间t3=1s,所以速度—时间图象对应D选项.
3.(多选)如图所示为粮袋的传送装置,已知AB间长度为L,传送带与水平方向的夹角为θ,工作时其运行速度为v,粮袋与传送带间的动摩擦因数为μ,正常工作时工人在A点将粮袋放到运行中的传送带上,关于粮袋从A到B的运动,以下说法正确的是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()
A.粮袋到达B点的速度与v比较,可能大,也可能相等或小
B.粮袋开始运动的加速度为g(sinθ-μcosθ),若L足够大,则以后将一定以速度v做匀速运动
C.若μD.不论μ大小如何,粮袋从A到B一直做匀加速运动,且a>gsinθ
【答案】AC
4.(多选)如图所示,质量为m的物体用细绳拴住放在粗糙的水平传送带上,物体距传送带左端的距离为L.当传送带分别以v1、v2的速度逆时针转动(v1<v2),稳定时绳与水平方向的夹角为θ,绳中的拉力分别为F1,F2;若剪断细绳时,物体到达左端的时间分别为t1、t2,则下列说法正确的是()
A.F1<F2B.F1=F2
C.t1一定大于t2D.t1可能等于t2
【答案】BD
【解析】绳剪断前物体的受力情况如图所示,
由平衡条件得FN+Fsinθ=mg,Ff=μFN=Fcosθ,解得F=,F的大小与传送带的速度无关,选项A错误,B正确;绳剪断后m在两速度的传送带上的加速度相同,若L≤1,则两次都是匀加速到达左端,t1=t2,若L>1,则物体在传送带上先加速再匀速到达左端,在速度小的传送带上需要的时间更长,t1>t2,选项C错误,D正确.
5.一小物块随足够长的水平传送带一起运动,被一水平向左飞行的子弹击中并从物块中穿过,如图甲所示.固定在传送带右端的位移传感器记录了小物块被击中后的位移x随时间的变化关系如图乙所示(图象前3s内为二次函数,3s~4.5s内为一次函数,取向左运动的方向为正方向).已知传送带的速度v1保持不变,g取10m/s2.
(1)求传送带速度v1的大小;
(2)求零时刻物块速度v0的大小;
(3)在图丙中画出物块对应的v-t图象.
【答案】
(1)2m/s
(2)4m/s(3)见解析图
6如图所示,皮带传动装置的两轮间距,轮半径,皮带呈水平方向,离地面高度,一物体以初速度从平台上冲上皮带,物体与皮带间动摩擦因数,求:
(1)皮带静止时,物体平抛的水平位移多大?
(2)若皮带逆时针转动,轮子角速度为,物体平抛的水平位移多大?
(3)若皮带顺时针转动,轮子角速度为,物体平抛的水平位移多大?
【答案】
(1).
(2)(3).
水平位移:
7.如图所示为某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带长度,皮带轮沿顺时针方向转动,带动皮带以恒定速率匀速传动.三个质量均为的滑块A、B、C置于水平导轨上,开始时滑块B、C之间用细绳相连,中间有一压缩的轻弹簧,处于静止状态,滑块A以初速度沿B、C连线方向向B运动,A与B碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,可认为A与B碰撞过程中滑块C的速度仍为零.因碰撞使连接B、C的细绳受扰动而突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离.滑块C脱离弹簧后以速度滑上传送带,并从右端滑出落至地面上的P点,已知滑块C与传送带之间的动摩擦因数,重力加速度g取.求:
(1)滑块C从传送带右端滑出时的速度大小;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能;
(3)若每次实验开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B撞前速度的最大值是多少?
【答案】
(1);
(2)1.0J(3).
8如图所示为上、下两端相距L=5m、倾角α=30°、始终以v=3m/s的速率顺时针转动的传送带(传送带始终绷紧).将一物体放在传送带的上端由静止释放滑下,经过t=2s到达下端,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)传送带与物体间的动摩擦因数多大?
(2)如果将传送带逆时针转动,速率至少多大时,物体从传送带上端由静止释放能最快地到达下端?
【答案】
(1)0.29
(2)8.66m/s
【解析】
(1)物体在传送带上受力如图所示,
物体沿传送带向下匀加速运动,设加速度为a.
送带向下的最大加速度即所受摩擦力沿传送带向下,设此时传送带速度为vm,物体加速度为a′.
由牛顿第二定律得mgsinα+Ff=ma′
又v=2La′
故