资源描述
一、滑块问题
1.如图所示,有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上,木板质量为M=4kg,长为L=1.4m;木板右端放着一小滑块,小滑块质量为m=1kg,其尺寸远小于L。小滑块与木板之间的动摩擦因数为
(1)现用恒力F作用在木板M上,为了使得m能从M上面滑落下来,问:F大小的范围是什么?
(2)其它条件不变,若恒力F=22.8牛顿,且始终作用在M上,最终使得m能从M上面滑落下来。问:m在M上面滑动的时间是多大?
解析:(1)小滑块与木板间的滑动摩擦力
小滑块在滑动摩擦力f作用下向右匀加速运动的加速度
木板在拉力F和滑动摩擦力f作用下向右匀加速运动的加速度
使m能从M上面滑落下来的条件是
即
(2)设m在M上滑动的时间为t,当恒力F=22.8N,木板的加速度
)
小滑块在时间t内运动位移
木板在时间t内运动位移
因 即
A
v
B
2.长为1.5m的长木板B静止放在水平冰面上,小物块A以某一初速度从木板B的左端滑上长木板B,直到A、B的速度达到相同,此时A、B的速度为0.4m/s,然后A、B又一起在水平冰面上滑行了8.0cm后停下.若小物块A可视为质点,它与长木板B的质量相同,A、B间的动摩擦因数μ1=0.25.求:(取g=10m/s2)
(1)木块与冰面的动摩擦因数.
(2)小物块相对于长木板滑行的距离.
(3)为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度应为多大?
解析:(1)A、B一起运动时,受冰面对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度
解得木板与冰面的动摩擦因数μ2=0.10
(2)小物块A在长木板上受木板对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度
a1=μ1g=2.5m/s2
小物块A在木板上滑动,木块B受小物块A的滑动摩擦力和冰面的滑动摩擦力,做匀加速运动,有μ1mg-μ2(2m)g=ma2 解得加速度a2=0.50m/s2
设小物块滑上木板时的初速度为v10,经时间t后A、B的速度相同为v
由长木板的运动得v=a2t,解得滑行时间
小物块滑上木板的初速度 v10=v+a1t=2.4m/s
小物块A在长木板B上滑动的距离为
(3)小物块A滑上长木板的初速度越大,它在长木板B上相对木板滑动的距离越大,当滑动距离等于木板长时,物块A达到木板B的最右端,两者的速度相等(设为v′),这种情况下A的初速度为保证不从木板上滑落的最大初速度,设为v0.
有
由以上三式解得,为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度不大于最大初速度
动力学中的传送带问题
一、传送带模型中要注意摩擦力的突变
①滑动摩擦力消失 ②滑动摩擦力突变为静摩擦力 ③滑动摩擦力改变方向
二、传送带模型的一般解法
①确定研究对象;
②分析其受力情况和运动情况,(画出受力分析图和运动情景图),注意摩擦力突变对物体运动的影响;
③分清楚研究过程,利用牛顿运动定律和运动学规律求解未知量。
难点疑点:传送带与物体运动的牵制。牛顿第二定律中a是物体对地加速度,运动学公式中S是物体对地的位移,这一点必须明确。
分析问题的思路:初始条件→相对运动→判断滑动摩擦力的大小和方向→分析出物体受的合外力和加速度大小和方向→由物体速度变化再分析相对运动来判断以后的受力及运动状态的改变。
一、水平放置运行的传送带
1.如图所示,物体A从滑槽某一高度滑下后又滑上粗糙的水平传送带,传送带静止不动时,A滑至传送带最右端的速度为v1,需时间t1,若传送带逆时针转动,A滑至传送带最右端的速度为v2,需时间t2,则( )
A. B.
C. D.
2.如图7所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向转动,传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面,一物体以恒定速度v2沿直线向左滑向传送带后,经过一段时间又反回光滑水平面,速率为v2′,则下列说法正确的是:( )
A.只有v1= v2时,才有v2′= v1 B. 若v1 >v2时, 则v2′= v2
C.若v1 <v2时, 则v2′= v2 D.不管v2多大,v2′= v2.
P
Q
3.物块从光滑斜面上的P点自由滑下通过粗糙的静止水平传送带后落到地面上的Q点.若传送带的皮带轮沿逆时针方向匀速转动,使传送带随之运动,如图所示,物块仍从P点自由滑下,则( )
A.物块有可能落不到地面 B.物块将仍落在Q点
C.物块将会落在Q点的左边 D.物块将会落在Q点的右边
4.(2003年·江苏理综)水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查右图为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带A、B始终保持v=1m/s的恒定速率运行;一质量为m=4kg的行李无初速地放在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.设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离l=2m,g取10m/s2.
(1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大小;
(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.
图18
/rad/s
S/m
3
1
30
10
图17
v0
5.(16分)如图17所示,水平传送带的长度L=5m,皮带轮的半径R=0.1m,皮带轮以角速度顺时针匀速转动。现有一小物体(视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越过B点后做平抛运动,其水平位移为S。保持物体的初速度v0不变,多次改变皮带轮的角速度,依次测量水平位移S,得到如图18所示的S—图像。回答下列问题:
(1)当rad/s时,物体在A、B之间做什么运动?
(2)B端距地面的高度h为多大?
(3)物块的初速度v0多大?
6.(2006年·全国理综Ⅰ)一水平的浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ.起始时,传送带与煤块都是静止的.现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其速度达到v0后,便以此速度匀速运动.经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动.求此黑色痕迹的长度.
二、倾斜放置运行的传送带
1.如图所示,传送带与地面倾角θ=37°,从AB长度为16m,传送带以10m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速度地放一个质量为0.5kg的物体,它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.求物体从A运动到B需时间是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
2.如图3-2-24所示,传送带两轮A、B的距离L=11 m,皮带以恒定速度v=2 m/s运动,现将一质量为m的物块无初速度地放在A端,若物体与传送带间的动摩擦因数为μ=0.8,传送带的倾角为α=37°,那么物块m从A端运到B端所需的时间是多少?(g取10 m/s2,cos37°=0.8)
三、组合类的传送带
1.如图所示的传送皮带,其水平部分AB长sAB=2m,BC与水平面夹角θ=37°,长度sBC =4m,一小物体P与传送带的动摩擦因数=0.25,皮带沿A至B方向运行,速率为v=2m/s,若把物体P放在A点处,它将被传送带送到C点,且物体P不脱离皮带,求物体从A点被传送到C点所用的时间.(sin37°=0.6,g=l0m/s2)
2.如图所示为一货物传送货物的传送带abc. 传送带的ab部分与水平面夹角α=37°,bc部分与水平面夹角β=53°,ab部分长度为4.7m,bc部分长度为3.5m. 一个质量为m=1kg的小物体A(可视为质点)与传送带的动摩擦因数μ=0.8. 传送带沿顺时针方向以速率v=1m/s匀速转动. 若把物体A轻放到a处,它将被传送带送到c处,此过程中物体A不会脱离传送带.(sin37°=0.6,sin53°=0.8,g=10m/s2)
求:物体A从a处被传送到b处所用的时间;
3.(14分)右图为仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平传送,A,B两端相距3m,另一台倾斜,传送带与地面的倾角,C, D两端相距4. 45m,B, C相距很近。水平传送以5m/s的速度沿顺时针方向转动,现将质量为10kg的一袋大米无初速度地放在A段,它随传送带到达B端后,速度大小不变地传到倾斜送带的C点,米袋与两传送带间的动摩擦因数均为0. 5,g取10m/s2,sin37˚=0. 6,cos37˚=0. 8
(1)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离;
(2)若倾斜部分CD以4m/s的速率顺时针方向转动,求米袋从C运动到D所用的时间。
物理滑板木板有关问题训练题集(一)
1、光滑的水平桌面上,放着质量M=1kg的木板,木板上放着一个装有小马达的滑块,它们的质量m=0.1kg.马达转动时可以使细线卷在轴筒上,从而使滑块获得v0=0.1m/s的运动速度(如图1—6),滑块与木板之间的动摩擦因数=0.02.开始时我们用手抓住木板使它不动,开启小马达,让滑块以速度v0运动起来,当滑块与木板右端相距l =0.5m时立即放开木板.试描述下列两种不同情形中木板与滑块的运动情况,并计算滑块运动到木板右端所花的时间.
图1—6
(1)线的另一端拴在固定在桌面上的小柱上.如图(a).
(2)线的另一端拴在固定在木板右端的小柱上.如图(b).
(线足够长,线保持与水平桌面平行,g=10m/s2.)
2、如下图所示,一辆质量是m=2kg的平板车左端放有质量M=3kg的小滑块,滑块与平板车之间的动摩擦因数=0.4,开始时平板车和滑块共同以v0=2m/s的速度在光滑水平面上向右运动,并与竖直墙壁发生碰撞,设碰撞时间极短且碰撞后平板车速度大小保持不变,但方向与原来相反.平板车足够长,以至滑块不会滑到平板车右端.(取g=10m/s2)求:
M
m
v0
(1)平板车每一次与墙壁碰撞后向左运动的最大距离.
(2)平板车第二次与墙壁碰撞前瞬间的速度v.
(3)为使滑块始终不会滑到平板车右端,平板车至少多长?
3、 如图所示,光滑水平面上有一小车B,右端固定一个砂箱,砂箱左侧连着一水平轻弹簧,小车和砂箱的总质量为M,车上放有一物块A,质量也是M,物块A随小车以速度v0向右匀速运动.物块A与左侧的车面的动摩擦因数为,与右侧车面摩擦不计.车匀速运动时,距砂面H高处有一质量为m的泥球自由下落,恰好落在砂箱中,求:
(1)小车在前进中,弹簧弹性势能的最大值.
(2)为使物体A不从小车上滑下,车面粗糙部分应多长?
m
H
A
B
v0
4、如下图所示,A、B是静止在水平地面上完全相同的两块长木板.A的左端和B的右面端相接触.两板的质量皆为M=2.0kg,长度皆为l=1.0m.C是一质量为m=1.0kg的小物块.现给它一初速度v0=2.0m/s,使它从B板的左端开始向右滑动,已知地面是光滑的,而C与A、B之间的动摩擦因数为=0.10.求最后A、B、C各以多大的速度做匀速运动.(取重力加速度g=10m/s2)
B
A
v0
C
5.如图所示,一个长为L,质量为M的长方形木块,静止在光滑水平面上,一个质量为m的物块(可视为质点),以水平初速度v0,从木块的左端滑向另一端,设物块与木块间的动摩擦因数为,当物块与木块达到相对静止时,物块仍在长木块上,求系统机械能转化成内能的量Q.
6、10个相同的扁长木块一个紧挨一个地放在水平地面上,如图 所示,每个木块的质量为m=0.40始,长度l=0.45 m,它们与地面间的静摩擦因数和动摩擦因数均为=0.10.原来木块处于静止状态.左方第一个木块的左端上方放一个质量为M=0.10 kg的小铅块,它与木块间的静摩擦因数和动摩擦因数均为=0.20.现突然给铅块一向右的初速度一4.3 m/s,使其在大木块上滑行.试确定铅块最后的位置在何处(落在地上还是停在哪块木块上).重力加速度g取10 m/s2,设铅块的长度与木块相比可以忽略.
7、如图5所示,倾角为α的固定斜面上,停放质量为M的大平板车,它与斜面的摩擦可以忽略不计。平板车上表面粗糙,当其上有一质量为m的人以恒定加速度向下加速跑动时,发现平板车恰能维持静止平衡。试求这个加速度a值。
8、如图6所示,固定斜面的倾角为α= 30°。其上放置三角块B,B重、底角β= 60°。B上则放置长方体物块A,A重。不计各处摩擦,将系统无初速释放。试求A对B的压力。
动力学中的传送带问题参考答案
一、水平放置运行的传送带
1.D提示:物体从滑槽滑至末端时,速度是一定的.若传送带不动,物体受摩擦力方向水平向左,做匀减速直线运动.若传送带逆时针转动,物体受摩擦力方向水平向左,做匀减速直线运动.两次在传送带都做匀减速运动,对地位移相同,加速度相同,所以末速度相同,时间相同,故D.
2.B
3.B提示:传送带静止时,物块能通过传送带落到地面上,说明滑块在传送带上一直做匀减速运动.当传送带逆时针转动,物块在传送带上运动的加速度不变,由可知,滑块滑离传送带时的速度vt不变,而下落高度决定了平抛运动的时间t不变,因此,平抛的水平位移不变,即落点仍在Q点.
4.【答案】(1)4N,a=lm/s2;(2)1s;(3)2m/s
解析:(1)滑动摩擦力F=μmg ①
以题给数值代入,得F=4N ②
由牛顿第二定律得
F=ma ③
代入数值,得a=lm/s2 ④
(2)设行李做匀加速运动的时间为t,行李加速运动的末速度v=1m/s.则
v=at ⑤
代入数值,得t=1s ⑥
(3)行李从A匀加速运动到B时,传送时间最短.则
⑦
代入数值,得 ⑧
传送带对应的运行速率
Vmin=atmin ⑨
代人数据解得Vmin=2m/s ⑩
5.解:(1)物体的水平位移相同,说明物体离开B点的速度相同,物体的速度大于皮带的速度,一直做匀减速运动。
(2)当ω=10rad/s时,物体经过B点的速度为.
平抛运动:.解得:t=1s,h=5m.
(3)当ω>30rad/s时,水平位移不变,说明物体在AB之间一直加速,其末速度
.
根据
当0≤ω≤10rad/s时,
当ω≥30rad/s时,
解得:
6.【答案】
解析:根据“传送带上有黑色痕迹”可知,煤块与传送带之间发生了相对滑动,煤块的加速度a小于传送带的加速度a0.根据牛顿第二定律,可得
a=μg
设经历时间t,传送带由静止开始加速到速度等于v0,煤块则由静止加速到v,有
v0=a0t,v=at
由于a<a0,故v<v0,煤块继续受到滑动摩擦力的作用.再经过时间t',煤块的速度由v增加到v0,有v0=v+at'
此后,煤块与传送带运动速度相同,相对于传送带不再滑动,不再产生新的痕迹.
设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中,传送带和煤块移动的距离分别为s0和s,有
,
传送带上留下的黑色痕迹的长度l=s0-s
由以上各式得
二、倾斜放置运行的传送带
1.【答案】2s
解析:物体的运动分为两个过程,一个过程在物体速度等于传送带速度之前,物体做匀加速直线运动;第二个过程是物体速度等于传送带速度以后的运动情况,其中速度相同点是一个转折点,此后的运动情况要看mgsinθ与所受的最大静摩擦力,若<tanθ,则继续向下加速.若≥tanθ,则将随传送带一起匀速运动,分析清楚了受力情况与运动情况,再利用相应规律求解即可.本题中最大静摩擦力等于滑动摩擦力大小.
物体放在传送带上后,开始的阶段,由于传送带的速度大于物体的速度,传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力F,物体受力情况如图所示.物体由静止加速,由牛顿第二定律得
a1=10×(0.6+0.5×0.8)m/s2=10m/s2
物体加速至与传送带速度相等需要的时间,
t1时间内位移.
由于<tanθ,物体在重力情况下将继续加速运动,当物体速度大于传送带速度时,传送带给物体一沿传送带向上的滑动摩擦力F.此时物体受力情况如图所示,由牛顿第二定律得:
.
设后一阶段物体滑至底端所用的时间为t2,由 ,
解得t2=1s,t2=-11s(舍去).
所以物体由A→B的时间t=t1+t2=2s.
2.解析:将物体放在传送带上的最初一段时间内物体沿传送带向上做匀加速运动
由牛顿第二定律得μmgcos37°-mgsin37°=ma
则a=μgcos37°-gsin37°=0.4 m/s2
物体加速至2 m/s所需位移
s0== m=5 m<L
经分析可知物体先加速5 m
再匀速运动s=L-s0=6 m.
匀加速运动时间t1== s=5 s.
匀速运动的时间t2== s=3 s.
则总时间t=t1+t2=(5+3) s=8 s.
答案:8 s
三、组合类的传送带
1.【答案】2.4s
解析:物体P随传送带做匀加速直线运动,当速度与传送带相等时若未到达B,即做一段匀速运动;P从B至C段进行受力分析后求加速度,再计算时间,各段运动相加为所求时间.
P在AB段先做匀加速运动,由牛顿第二定律,得P匀加速运动的时间.
,
匀速运动时间.
P以速率v开始沿BC下滑,此过程重力的下滑分量mgsin37°=0.6mg;滑动摩擦力沿斜面向上,其大小为mgcos37°=0.2mg.可见其加速下滑.由牛顿第二定律
,
,解得t3=1s(另解,舍去).
从A至C经过时间t=t1+t2+t3=2.4s.
2.解:物体A轻放在a点后在摩擦力和重力作用下先做匀速直线运动直到和传送带速度相等,然后和传送带一起匀速运动到b点。
在这一加速过程中有加速度
……①
运动时间…………②
运动距离……③
在ab部分匀速运动过程中运动时间
……④
所以物体A从a处被传送到b和所用的时间
……⑤
3.(14分)解:(1)米袋在AB上加速时的加速度…………(2分)
米袋的速度达到=5m/s时,滑行的距离,因此米加速
一段后与传送带一起匀速运动到达B点,到达C点时速度v0=5m/s……………(1分)
设米袋在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得
代人数据得a=10m/s2……………………………………………………………..(2分)
所以,它能上滑的最大距离…………………………………..(1分)
(2顺斜部分传送带沿顺时针方向转动时,米袋速度减为4m/s之前的加速度为
………………………………………….(1分)
速度减为4m / s时上滑位移为………………………….(1分)
米袋速度等于4m/s时,滑动摩擦力方向改变,由于,故米继续向上减速运动……………………………………………………………………(1分)
米袋速度小于4m/s减为零前的加速度为-
………………………………………...(2分)
速度减到0时上滑位移为 可见,米袋速度减速到0时,恰好运行到D点。米袋从C运动到D所用的时间……….2分
答案
1、解答:在情形(1)中,滑块相对于桌面以速度v0=0.1m/s向右做匀速运动,放手后,木板由静止开始向右做匀加速运动.
经时间t,木板的速度增大到v0=0.1m/s,.
在5s内滑块相对于桌面向右的位移大小为S1=v0t=0.5m.
而木板向右相对于桌面的位移为.
可见,滑块在木板上向右只滑行了S1-S2=0.25m,即达到相对静止状态,随后,它们一起以共同速度v0向右做匀速直线运动.只要线足够长,桌上的柱子不阻挡它们运动,滑块就到不了木板的右端.
在情形(2)中,滑块与木板组成一个系统,放手后滑块相树于木板的速度仍为v0,滑块到达木板右端历时.
2、解析:(1)设第一次碰墙壁后,平板车向左移动s,速度为0.由于体系总动量向右,平板车速度为零时,滑块还在向右滑行.
由动能定理 ①
②
代入数据得 ③
(2)假如平板车在第二次碰撞前还未和滑块相对静止,那么其速度的大小肯定还是2m/s,滑块的速度则大于2m/s,方向均向右.这样就违反动量守恒.所以平板车在第二次碰撞前肯定已和滑块具有共同速度v.此即平板车碰墙前瞬间的速度.
④
∴ ⑤
代入数据得 ⑥
A B C D
(a)
(b)
(c)
(3)平板车与墙壁第一次碰撞后到滑块与平板又达到共同速度v前的过程,可用图(a)(b)(c)表示.(a)为平板车与墙壁撞后瞬间滑块与平板车的位置,图(b)为平板车到达最左端时两者的位置,图(c)为平板车与滑块再次达到共同速度为两者的位置.在此过程中滑块动能减少等于摩擦力对滑块所做功,平板车动能减少等于摩擦力对平板车所做功(平板车从B到A再回到B的过程中摩擦力做功为零),其中、分别为滑块和平板车的位移.滑块和平板车动能总减少为其中为滑块相对平板车的位移.此后,平板车与墙壁发生多次碰撞,每次情况与此类似,最后停在墙边.设滑块相对平板车总位移为l,则有 ⑦
⑧
代入数据得 ⑨
l即为平板车的最短长度.
3、解析:本题应用动量守恒,机械能守恒及能量守恒定律联合求解。
在m下落在砂箱砂里的过程中,由于车与小泥球m在水平方向不受任何外力作用,故车及砂、泥球整个系统的水平方向动量守恒,则有:
①
此时物块A由于不受外力作用,继续向右做匀速直线运动再与轻弹簧相碰,以物块A、弹簧、车系统为研究对象,水平方向仍未受任何外力作用,系统动量守恒,当弹簧被压缩到最短,达最大弹性势能Ep时,整个系统的速度为v2,则由动量守恒和机械能守恒有:
② ③
由①②③式联立解得: ④
之后物块A相对地面仍向右做变减速运动,而相对车则向车的左面运动,直到脱离弹簧,获得对车向左的动能,设刚滑至车尾,则相对车静止,由能量守恒,弹性势能转化为系统克服摩擦力做功转化的内能有: ⑤
由④⑤两式得:
4、 , ,
解析:先假设小物块C在木板B上移动x距离后,停在B上,这时A、B、C三者的速度相等,设为v.由动量守恒得mv0=(m+2M)v ①
在此过程中,木板B的位移为s,小木块C的位移为s+x.由功能关系得
-μmg(s+x)=mv2-mv02
μmgs=·2Mv2
相加得-μmgx=(m+2M)v2-mv02 ②
解①②两式得x=代入数值得x=1.6 m
x比B板的长度l大,这说明小物块C不会停在B板上,而要滑到A板上.设C刚滑到A板上的速度为v1,此时A、B板的速度为V1,则由动量守恒得mv0=mv1+2MV1
由功能关系得mv02-mv12-·2MV12=μmgl
以题给数据代入解得V1= m/s
v1=2- m/s= m/s
由于v1必是正数,故合理的解是V1= m/s=0.155 m/s
v1= m/s=1.38 m/s
当滑到A之后,B即以V1=0.155 m/s做匀速运动,而C以v1=1.38 m/s的初速在A上向右运动.设在A上移动了y距离后停止在A上,此时C和A的速度为v2,由动量守恒得
MV1+mv1=(m+M)v2
解得v2=0.563 m/s
由功能关系得mv12+MV12-(m+M)v22=μmgy解得y=0.50 m
y比A板的长度小,故小物块C确实是停在A板上.最后A、B、C的速度分别为vA=v2=
0.563 m/s,vB=v1=0.155 m/s,vC=vA=0.563 m/s.
答案:0.563 m/s 0.155 m/s 0.563 m/s
5、【解析】 对物体,滑动摩擦力f 做负功,
由动能定理得
即f 对物体做负功,使物块动能减少.
对木块,滑动摩擦力f 对木块做正功,由动能定理得,
即f 对木块做正功,使木块动能增加,系统减少的机械能为
①
本题中,物块与木块相对静止时,
则上式可简化为 ②
又以物块、木块为系统,系统在水平方向不受外力,动量守恒,
则 ③
联立②、③式得.
故系统机械能转化成内能的量为.
6、
7、a = gsinα
8、N =
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