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6.如圖所示,以A、B和C、D為端點的半徑為R=0.9m的兩半圓形光滑軌道固定于豎直平面內,A、D之間放一水平傳送帶Ⅰ,B、C之間放一水平傳送帶Ⅱ,傳送帶Ⅰ以V1=8m/s的速度沿圖示方向勻速運動,傳送帶Ⅱ以V2=10m/s的速度沿圖示方向勻速運動.現(xiàn)將質量為m=2kg的物塊從傳送帶Ⅰ的右端由靜止放上傳送帶,物塊運動第一次到A時恰好能沿半圓軌道滑下.物塊與傳送帶Ⅱ間的動摩擦因數(shù)為μ2=0.35,不計物塊的大小及傳送帶與半圓軌道間的間隙,重力加速度g=10m/s2,已知A、D端之間的距離為L=1.0m.求:
(1)物塊與傳送帶Ⅰ間的動摩擦因數(shù)μ1;
(2)物塊第1次回到D點時的速度;
(3)物塊第幾次回到D點時的速度達到最大,最大速度為多大.

分析 (1)對小物塊第一次運動到傳送帶最左端時的速度的大小這個問題,學生一般會想把它作為DA段的末速u度來求,但是再進一步就走不動了,因為題目沒給DA段的摩擦力,也沒給摩擦因數(shù),或者其他一些提示,比如說摩擦力為重力的幾分之幾.因為不知道摩擦力,所以動能定理當然也不能用.
因此個問題就要再回到題目中仔細看題干,題干當中有這樣一句:“小物塊第一次運動到傳送帶最左端時恰好能從A點沿半圓軌道滑下”,題眼就在這里了.句中的“恰好能從A點沿半圓軌道滑下”就是題眼,打開這個題就從里開始.(題眼找不到,題目就打不開,余下的問題一個都做不了,所以找出“題眼”很關鍵.)這句話涉及到我們在學的繩桿模型問題,我們區(qū)分繩桿模型的依據(jù)是這個裝置在最高點是否能為物體提供向上的支持力,所以這個軌道實際就是一個繩的模型.
而“恰好能從A點沿半圓軌道滑下”,說明的是圓軌道AB的最高點A位置恰好是重力充當向心力,由此可以解出小物塊第一次運動到傳送帶最左端時的速度的大。
因為在第一問已經求的A點的速度,要求摩擦因數(shù)可以用DA段的運動了.第一問的計算結果是:v=3m/s它小于傳送帶的速度8m/s,所以可以知道摩擦力在全程做功,因此列出動能定理方程,可以解得摩擦因數(shù).
(2)這一問要有全局觀念,我們可以選擇從D到A經BC再回到D這個過程,來應用一次動能定理.這個過程中摩擦力做功,列出動能定理就可解得結果.
(3)先說明一下,這一問非常難,一般不會考到這個難度的題,即使現(xiàn)在作為高考的壓軸題也少見這個難度的.以前物理單獨考的時候有這個難度的,現(xiàn)在極少見了,不會的也不用氣餒.來說一下分析思路,物體會在n次加速之后回到D點時,速度等于傳送帶的速度,這之后,傳送帶不再給物體加速

解答 解析:(1)由題意可知,物塊第一次到達A點時應滿足:
$mg=\frac{{mv}_{A1}^{2}}{R}$
解得:VA1=3 m/s<V1
故物塊從D到A的過程中全程加速,由動能定理得:
${μ}_{1}mgL=\frac{1}{2}{mv}_{A1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得:μ1=0.45                                       
(2)設物塊第一次從B到C全程加速,則物塊第一次由D經A、B到C的過程,由動能定理得:
${μ}_{1}mgL+2mgR+{μ}_{2}mgL=\frac{1}{2}{mv}_{C1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得:VC1=$\sqrt{33}$m/s<V2
故假設成立,則物塊由D出發(fā)到第一次回到D的過程,由動能定理:
${μ}_{1}mgL+{μ}_{2}mgL=\frac{1}{2}{mv}_{D1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得:VD1=4m/s                                
(3)設每次物塊在兩傳送帶上都是全程加速,第N次到達C點時的速度恰好等于V2,
${Nμ}_{1}mgL+2mgR+{Nμ}_{2}mgL=\frac{1}{2}{mv}_{2}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得:N=4
同理,設第n次到達D點時的速度恰好等于V1,則由動能定理得:
${nμ}_{1}mgL+{nμ}_{2}mgL=\frac{1}{2}{mv}_{1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得:n=4=N
故第4次回到D點速度達到最大,之后每次都在傳送帶上勻速
綜上分析可知在D點的最大速度為8m/s        
答:(1)物塊與傳送帶Ⅰ間的動摩擦因數(shù)是0.45;
(2)物塊第1次回到D點時的速度是4m/s;
(3)物塊第幾次回到D點時的速度達到最大,最大速度為8m/s

點評 本題由兩個難點,一是在找到“題眼”解決第一問,以此來打開整個題目.這個還有點技巧可以用,就是要注意題目中一些臨界性質的表述,比如常見到的“恰好”“剛好”“剛剛”等,指的就是一些臨界情況,解題應予以關注.
二是在第3問是個大難點,并且這個也沒什么技巧可用,全憑經驗和綜合分析能力了

練習冊系列答案
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C.若F=4N,則B物塊所受摩擦力大小為2N
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