传送带以恒定速度v=4m/s顺时针运行,传送带与水平面的夹角θ=37°.现将质量m=2kg的小物品轻放在其底端(小物品可看成质点),平台上的人通过一根轻绳用恒力F=20N拉小物品,经过一段时间物品被拉到离地高为H=1.8m的平台上,如图所示.已知物品与传送带这间的动摩擦因数μ=0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是多少?
(2)若在物品与传送带达到相同速度的瞬间撤去恒力F,求物品还需多少时间离开皮带?
(3)在上述两种情况下,从物品放上传送带到离开,传送带对小物块做了多少功?
网友回答
解:(1)物品在达到与传送带速度v=4m/s相等前,有:
F+μmgcos37°-mgsin37°=ma1
解得a1=8m/s2
由v=a1t1,t1=0.5s
位移=1m.
随后,有:F-μmgcos37°-mgsin37°=ma2
解得a2=0,即滑块匀速上滑
位移
总时间为:t=t1+t2=1s
即物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是1s.
(2)在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,根据牛顿第二定律,有
μmgcos37°-mgsin37°=ma3
解得:
假设物品向上匀减速到速度为零时,通过的位移为x
即物体速度为减为零时已经到达最高点;
由
解得.
(3)第一种情况,物块先向上做匀加速直线运动,然后向上做匀速直线运动.
根据能量守恒定律得,
所以传送带对小物块所做的功为W===-8J.
第二种情况,物块向上做匀加速直线运动,然后向上做匀减速直线运动,匀减速直线运动到达顶端的速度.
根据能量守恒定律得,
W==J=24J.
答:(1)物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是1s.
(2)物品还需2-s时间离开皮带.
(3)在上述两种情况下,从物品放上传送带到离开,传送带对小物块做功分别为8J和24J.
解析分析:(1)先假设传送带足够长,对滑块受力分析,根据牛顿第二定律求解出加速度,然后运用运动学公式求解出加速的位移和时间,根据位移判断是否有第二个过程,当速度等于传送带速度后,通过受力分析,可以得出物体恰好匀速上滑,最后得到总时间;
(2)若在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,先受力分析,根据牛顿第二定律求出加速度,然后根据运动学公式列式求解.
(3)根据能量守恒定律求出物品放上传送带到离开,传送带对小物块做功的大小.
点评:本题关键是受力分析后,根据牛顿第二定律求解出加速度,然后根据运动学公式列式求解.