Question

如圖所示，傳送帶足夠長(zhǎng)，正以2m/s的速度勻速傳送，現(xiàn)將下表面涂有顏料的木塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）輕放在傳送帶左端，已知木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因素為0.05．求在下列情況下木塊在傳送帶上留下的劃痕：
（1）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以2m/s的速度勻速傳送；
（2）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以0.25m/s²的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)；
（3）若輕放木塊的同時(shí)，使該傳送帶做勻減速運(yùn)動(dòng)直至停下，加速度大小恒為0.25m/s²．

Answer 1

分析：（1）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以2m/s的速度勻速傳送，木塊先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律求出木塊勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度，由速度公式求出時(shí)間，再求出相對(duì)位移大小即為木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度．
（2）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以0.25m/s²的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊先在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度與傳送帶相同時(shí)一起做勻加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出兩者速度達(dá)到相同時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，再求出相對(duì)位移．
（3）若輕放木塊的同時(shí)，使該傳送帶做勻減速運(yùn)動(dòng)直至停下，木塊先在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度與傳送帶相同時(shí)一起做勻減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出兩者速度達(dá)到相同時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，再求出相對(duì)位移．

解答：解：（1）木塊勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度為a=

f

m

=

μmg

m

=μg=0.5m/s²，木塊從放上傳送帶到速度與傳送帶相同所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t=

v

a

=

2

0.5

s=4s，在這個(gè)過(guò)程中木塊與傳送帶間的相對(duì)位移大小為x=vt-

1

2

at2=2×4m-

1

2

×0.5×42m=4m，所以木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度為S=x=4m．
（2）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以0.25m/s²的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，木塊先在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t兩者速度相同，則有at=v+a′t，得到t=

v

a-a′

=

2

0.5-0.25

s=8s，在這個(gè)過(guò)程中木塊與傳送帶間的相對(duì)位移大小為x=（vt+

1

2

a′t²）-

1

2

at2，代入解得，x=24m
（3）若輕放木塊的同時(shí)，使該傳送帶做勻減速運(yùn)動(dòng)直至停下，木塊先在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t兩者速度相同，則有at=v-a′t，得到t=

v

a+a′

=

8

3

s，木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度為x=（vt-

1

2

a′t²）-

1

2

at2，代入解得，x=2.67m
答：
（1）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以2m/s的速度勻速傳送時(shí)，木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度為4m．
（2）若輕放木塊的同時(shí)，傳送帶以0.25m/s²的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度為24m．；
（3）若輕放木塊的同時(shí)，使該傳送帶做勻減速運(yùn)動(dòng)直至停下時(shí)，木塊在傳送帶上留下的劃痕長(zhǎng)度為2.67m．

點(diǎn)評(píng)：物體在傳送帶運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，關(guān)鍵是分析物體的受力情況，來(lái)確定物體的運(yùn)動(dòng)情況，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．