Question

2．如圖所示，傳送帶與水平面夾角為θ=37°，以速度v=10m/s勻速運(yùn)行著．現(xiàn)在傳送帶的A端輕輕放上一個(gè)小物體（可視為質(zhì)點(diǎn)），已知小物體與傳送帶之間的摩擦因數(shù)μ=0.5，A、B間距離s=16m，則當(dāng)皮帶輪處于下列兩情況時(shí)，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間分別為多少？已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s²
（1）輪子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；
（2）輪子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）對(duì)物體受力分析，根據(jù)物體的受力的情況求得物體的加速度的大小，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律可以求得物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
（2）傳送帶沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體的受到的摩擦力的方向會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)摩擦力變化前和變化后的不同的受力，求出加速度的大小，再計(jì)算運(yùn)動(dòng)的時(shí)間即可

解答 解：對(duì)放在傳送帶上的小物體進(jìn)行受力分析，
小物體沿傳送帶向下滑動(dòng)時(shí)，無論傳送帶時(shí)靜止還是沿順時(shí)針分析正常轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體的受力情況完全一樣，
都是在垂直傳送帶的方向受力平衡，受到沿傳送帶向上的滑動(dòng)摩擦力，
如圖甲所示，
根據(jù)牛頓第二定律，小物體沿傳送帶下滑的加速度為：
a₁=$\frac{mgsinθ-μmgcosθ}{m}$=gsinθ-μgcosθ=10×0.6-0.5×10×0.8m/s²=2m/s²，
小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)需要的時(shí)間為t，則
s=$\frac{1}{2}$a₁t²，
t=$\sqrt{\frac{2s}{{a}_{1}}}$=$\sqrt{\frac{2×16}{2}}s=4s$
（2）當(dāng)傳送帶沿逆時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開始時(shí)，傳送帶作用于小物體的摩擦力沿傳送帶向下，
小物體下滑的加速度a₂=g（sinθ+μcosθ）=10m/s²
小物體加速到與傳送帶運(yùn)行速度相同是需要的時(shí)間為
t₁=$\frac{v}{{a}_{2}}$=$\frac{10}{10}s$s=1s，
在這段時(shí)間內(nèi)，小物體沿傳送帶下滑的距離為：
s₁=$\frac{1}{2}$at²=$\frac{1}{2}$×10×1=5m
由于 μ＜tanθ，
此后，小物體沿傳送帶繼續(xù)加速下滑時(shí)，它相對(duì)于傳送帶的運(yùn)動(dòng)的方向向下，因此傳送帶對(duì)小物體的摩擦力方向有改為沿傳送帶向上，如圖乙所示，
其加速度變?yōu)椋篴₁=g（sinθ-μcosθ）=10×（0.6-0.5×0.8）m/s²=2m/s²
小物體從該位置起運(yùn)動(dòng)到B端的位移為：s-s₁=16m-5m=11m
小物體做初速度為v=10m/s、加速度為a₁的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，
由s-s₁=vt₂+$\frac{1}{2}$a₁t₂²
代入數(shù)據(jù)，解得t₂=1s（t₂=-11s舍去）
所以，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間為t=t₁+t₂=2s．
答：（1）如果傳送帶沿順時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間為4s；
（2）如果傳送帶沿逆時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間為2s．

點(diǎn)評(píng) 本題中最容易出錯(cuò)的地方在第二問的計(jì)算，在第二問中，物體受到的摩擦力的方向是變化的，從而導(dǎo)致物體的運(yùn)動(dòng)的加速度不同，物體運(yùn)動(dòng)的情況也就不同，根據(jù)前后兩種不同的運(yùn)動(dòng)計(jì)算時(shí)間即可．