Question

如圖所示為火車站裝載貨物的原理示意圖，設(shè)AB段是距水平傳送帶裝置高為H=5m的光滑斜面，水平段BC使用水平傳送帶裝置，BC長L=8m，與貨物包的摩擦系數(shù)為μ=0.6，皮帶輪的半徑為R=0.2m，上部距車廂底水平面的高度h=0.45m．設(shè)貨物由靜止開始從A點(diǎn)下滑，經(jīng)過B點(diǎn)的拐角處無機(jī)械能損失．通過調(diào)整皮帶輪（不打滑）的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω可使貨物經(jīng)C點(diǎn)拋出后落在車廂上的不同位置，取g=10m/s²，求：

（1）當(dāng)皮帶輪靜止時(shí)，貨物包在車廂內(nèi)的落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離；

（2）當(dāng)皮帶輪以角速度ω=20 rad/s順時(shí)方針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，包在車廂內(nèi)的落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離；

（3）試寫出貨物包在車廂內(nèi)的落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離S隨皮帶輪角速度ω變化關(guān)系，并畫出S—ω圖象．（設(shè)皮帶輪順時(shí)方針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角速度ω取正值，水平距離向右取正值）

Answer 1

（1） 0.6m        （2）1.2m

             （3）①皮帶輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)：

（3）無論角速度為多大，貨物從B到C均做勻減速運(yùn)動(dòng)：在C點(diǎn)的速度為V_C=2m/s，落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離S=0.6m                                 

②皮帶輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：

Ⅰ、0≤ω≤10 rad/s時(shí)， S=0.6m               

Ⅱ、10＜ω＜50 rad/s時(shí)， S=ω·R=0.06ω  

Ⅲ、50＜ω＜70 rad/s時(shí)， S=ω·R=0.06ω  

Ⅳ、ω≥70 rad/s時(shí)， S=＝4.2m  

S—ω圖象如圖　　

解析:

由機(jī)械能守恒定律可得：

，所以貨物在B點(diǎn)的速度為V₀=10m/s             

（1）貨物從B到C做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度 

設(shè)到達(dá)C點(diǎn)速度為V_C，則：，所以：V_C=2 m/s      

落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離：                    

（2）皮帶速度    V_皮=ω·R=4 m/s，                   

同（1）的論證可知：貨物先減速后勻速，從C點(diǎn)拋出的速度為V_C=4 m/s，

落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離：                 

（3）①皮帶輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)：

無論角速度為多大，貨物從B到C均做勻減速運(yùn)動(dòng)：在C點(diǎn)的速度為V_C=2m/s，落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離S=0.6m                                   

②皮帶輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：

Ⅰ、0≤ω≤10 rad/s時(shí)， S=0.6m               

Ⅱ、10＜ω＜50 rad/s時(shí)， S=ω·R=0.06ω  

Ⅲ、50＜ω＜70 rad/s時(shí)， S=ω·R=0.06ω  

Ⅳ、ω≥70 rad/s時(shí)， S=＝4.2m  

S—ω圖象如圖