滑块与传送带模型
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滑块与传送带相互作用模型研究
滑块与传送带相互作用的滑动摩擦力,是参与改变滑块运动状态的重要原因之一。其大小遵从滑动摩擦力的计算公式,与滑块相对传送带的速度无关,其方向取决于与传送带的相对运动方向,滑动摩擦力的方向改变,将引起滑块运动状态的转折,这样同一物理环境可能同时出现多个物理过程。因此这类命题,往往具有相当难度。
滑块与传送带等速的时刻,是相对运动方向及滑动摩擦力方向改变的时刻,也是滑块运动状态转折的临界点。按滑块与传送带的初始状态,分以下几种情况讨论。
内容需要下载文档才能查看[例1]如图所示,长为L的传送带AB始终保持速度为v0的水平向右的速度运动。今将
内容需要下载文档才能查看一与皮带间动摩擦因数为μ的滑块C,轻放到A端,求C由A运动到B的时间tAB
解析:“轻放”的含意指初速为零,滑块C所受滑动摩擦力方向向右,在此力作用下C向
内容需要下载文档才能查看右做匀加速运动,如果传送带够长,当C与传送带速度相等时,它们之间的滑动摩擦力消失,之后一起匀速运动,如
内容需要下载文档才能查看果传送带较短,C可能由A一直加速到B。
滑块C的加速度为 ,设它能加速到为 时向前运动的距离为
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。
若
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若
内容需要下载文档才能查看,C由A一直加速到
内容需要下载文档才能查看B,由
内容需要下载文档才能查看,
内容需要下载文档才能查看C由A加速到
内容需要下载文档才能查看用时
,前进的距离
内容需要下载文档才能查看。 距离内以 速
度匀速运动
C由
内容需要下载文档才能查看A运动到B的时间
[例2]如图所示,倾角为θ的传送带,以 。 上下两端相距L今将一与传送带间动摩擦因数为μ的滑块
内容需要下载文档才能查看A轻放于传送带上端,求A
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上端运动到下端的时间t
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解析:当A
内容需要下载文档才能查看的速度达到
下滑位移(对地)为
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。
(1
内容需要下载文档才能查看)若
。
(2)若 ,A下滑到速度为 用时
。A
内容需要下载文档才能查看从上端一直加速到下端
内容需要下载文档才能查看时是运动过程的转折点。A初始下滑的加速度
内容需要下载文档才能查看若能加速到 ,
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之后
(a)若
内容需要下载文档才能查看距离内摩擦力方向变为沿斜面向上。又可能有两种情况。 ,A达到
内容需要下载文档才能查看后相对传送带停止滑动,以
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速度匀速,
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总时间
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(b)若
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,A达到
内容需要下载文档才能查看后相对传送带向下滑,
内容需要下载文档才能查看,到达末端速度
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用时
总时间
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[例3]将一个粉笔头轻放在以2m/s的恒定速度运动在足够长的水平传送带上后,传送带
内容需要下载文档才能查看上留下一条长度为4m的划线。若使该传送带仍以2m/s的初速改做匀减速运动,加速度大
小恒为1.5m/s2,且在传送带开始做匀减速运动的同时,
内容需要下载文档才能查看将另一粉笔头(与传送带的动摩擦因
数和第一个相同)轻放在传送带上,该粉笔头在传送带上能留下一条多长的划线?
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解析:在同一v-t坐标图上作出两次划线粉笔头及传送带的速度图象,如图所示。第一次划线。传送带匀速,粉笔头匀加速运动,AB和OB分别代表它们的速度图线。速度相等时(
内容需要下载文档才能查看B点),划线结束,图中 的面积代表第一次划线长度
内容需要下载文档才能查看,即B点坐标为(4,2),粉笔头的加速度
。
第二次划线分两个AE
内容需要下载文档才能查看代表传送带的速度图线,它的加速度为
表第一阶段粉笔头的速度图线,C点表示二者速度相同,
可算出E点坐标为(4/3,0
内容需要下载文档才能查看)。OC代即
C点坐标为(1,0.5)该阶段粉笔头相对传送带向后划线,划线长度。等速后,粉笔
头超前,所受滑动摩擦力反向,开始减速运动, 由于传送带先减速到0,所以后来粉笔头一直匀减速至静止。CF代表它在第二阶段的速度图线。可求出F点坐标为(2,0)此阶
内容需要下载文档才能查看段粉笔头相对传送带向前划线,长度
。可见粉笔头相对传送带先向后划线1m,又折回向前划线1/6m,所以粉
笔头在传送带动能留下1m长的划线。
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[例4]如图所示,AB是一段位于竖直平面内的光滑轨道,高度为h,末端B处的切线方向水平。一个质量为m的小物体P从轨道顶端A处由静止释放,滑到B端后飞出,落到地面上的C点,轨迹如图中虚线BC所示。已知它落地时相对于B点的水平位移OC=l。现在轨道下方紧贴B点安一水平传送带,传送带的右端与B距离为l/2。当传送带静止时,让P再次从A点由静止释放,它离开轨道并在传送带上滑行后从右端水平飞B
出,仍然落在地面的C点。当驱动轮转动带动传送带以速度v匀速向右运动时(其它条件不变)。P的落点为D。不计空气阻力。
C
内容需要下载文档才能查看(1)求P与传送带之间的动摩擦因数μ。
(2)求出O、D间距离S随速度v变化函数关系式
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解析:这是一道滑块平抛与传送带结合起来的综合题。(1
内容需要下载文档才能查看)没有传送带时,物体离开B点作平抛运动
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当B
内容需要下载文档才能查看点下方的传送带静止时,物体离开传送带右端作平抛运动,时间仍为t,有
由以上各式得
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由动能定理,物体在传送带动滑动时,有
。
(
内容需要下载文档才能查看2)当传送带的速度
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时,物体将会在传送带上作一段匀变速运动。若尚未到达传送带右端,速度即
与传送带速度相同,此后物体将做匀速运动,而后以速度v离开传送带。
内容需要下载文档才能查看v的最大值
内容需要下载文档才能查看达到的速度。
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为物体在传送带动一直加速而
把μ代入得
若
内容需要下载文档才能查看。物体将以
内容需要下载文档才能查看离开传送带,得O
内容需要下载文档才能查看、D距离
S=
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当 ,即
时,物体从传送带飞出的速度为v,
综合上述结果S随v变化的函数关系式
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求解本题的关键是分析清楚物体离开传送带的两个极值速度:在传送带上一直匀减速至右端的最小速度
内容需要下载文档才能查看传送带上一直匀加速至右端的最大速度
内容需要下载文档才能查看,及在。以此把传送带速度v划分为三段。才能正确得出S随v 的函数关系式。
四、传送带匀速运动,滑块初速与传送带速度方向相反
[例5]如图所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度
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光滑水平面。一物体以恒定的速率
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下列说法正确的是:
A、只有
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B、 若
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C、若
内容需要下载文档才能查看=
内容需要下载文档才能查看>
内容需要下载文档才能查看<
内容需要下载文档才能查看时才有
内容需要下载文档才能查看,则
内容需要下载文档才能查看,则
内容需要下载文档才能查看=
内容需要下载文档才能查看=
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=
内容需要下载文档才能查看=
内容需要下载文档才能查看沿顺时针方向传动,传送带右端一与传送带等高的。则沿直线向左滑向传送带后,经过一段时间又返回光滑水平面,速率为
内容需要下载文档才能查看D、 不管
内容需要下载文档才能查看多大,总有
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解析:滑块向左运动时所受滑动摩擦力必然是向右。返回时开始阶段滑块速度小于传送带速度,所受摩擦力仍向右,滑块向右加速。若它能一直加速到右端,速度
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若
<
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<
内容需要下载文档才能查看=
内容需要下载文档才能查看,前提是传送带速度一直大于滑块速度,即
内容需要下载文档才能查看。,则返回加速过程中,到不了最右端滑块速度就与传送带速度相等了,之后以
内容需要下载文档才能查看=
内容需要下载文档才能查看,所以正确选项为B、C。 速度匀速到达右端,即
内容需要下载文档才能查看时,
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