如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角为37°,在电动机的带动下以v=4m/s 的速率顺时针方向运行,在

如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角为37°,在电动机的带动下以v=4m/s 的速率顺时针方向运行,在传送带的B端有一离传送带很近的挡板P可将传送带上的物块挡住,在传送带的A端无初速地放一质量m=1kg的物块,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,物块与挡板的碰撞能量损失及碰撞时间不计.( g=10m/s2,)求:
(1)物块从第一次静止释放到与挡板P第一次碰撞后,物块上升到最高点时到挡板P的距离;
(2)物块最终的运动状态及达到该运动状态后电动机的输出功率.
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lyg无烟可救 春芽

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解题思路:(1)应用牛顿第二定律与匀变速直线运动的速度位移公式求出物块的位移,然后答题.
(2)应用功率公式P=Fv求出功率.

(1)物块从A点由静止释放,由牛顿第二定律得:
向下运动的加速度:ma1=mgsinθ-μmgcosθ,代入数据解得:a1=2m/s2
由速度位移公式可知,与P碰前的速度v1=
2a1L=
2×2×9=6m/s,
物块与挡板碰撞后,以v1的速率反弹,因v1>v,物块相对传送带向上滑,
由牛顿第二定律可知,物块向上做减速运动的加速度ma2=mgsinθ+μmgcosθ,代入数据解得:a2=10m/s2
物块速度减小到与传送带速度相等所需时间:t1=
v1−v
a2=[6−4/10]=0.2s,
物块向上的位移:x1=
v1+v
2t1=[6+4/2]×0.2=1m,
物块速度与传送带速度相等后,μ<tanθ,由牛顿第二定律可知,ma3=mgsinθ-μmgcosθ,
代入数据解得,物块向上做减速运动的加速度:a3=2m/s2
物块向上的位移:x2=
v2
2a3=
42
2×2=4m,离P点的距离:x1+x2=1+4=5m
(2)物块上升到传送带的最高点后,物块沿传送带向下加速运动,与挡板P第二次碰掸前的速度:v2=
2a1(x1+x2)=
2×2×(1+4)=
20m/s,
碰后因v2>v,物块先向上做加速度为a2的减速运动,再做加速度为a3的减速运动,以此类推经过多次碰撞后物块以v=4m/s的速率反弹,
故最终物块在P与离P 点4m的范围内不断做向上的加速度为2 m/s2的减速运动和向下做加速度为2 m/s2的加速运动,
物块的运动达到这一稳定状态后,物块对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力Ff=μmgcosθ,
故电动机的输出功率:P=(μmgcosθ)v,代入数据解得:P=16W;
答:(1)物块从第一次静止释放到与挡板P第一次碰撞后,物块上升到最高点时到挡板P的距离为5m;
(2)物块最终的运动状态及达到该运动状态后电动机的输出功率为16W.

点评:
本题考点: 牛顿运动定律的综合应用;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

考点点评: 本题考查了求位移、功率问题,分析清楚物块的运动过程是正确解题的前提与关键,应用牛顿第二定律、运动学公式与功率公式即可正确解题.

1年前

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