问题 问答题

如图,A、B间距离为L0的水平传送带和一倾角为θ的斜面在B处相接,动摩擦因数都为μ,μ<tanθ,传送带以足够大的速度顺时针运动,在其左端的A点无初度的放上一物体.(物体在传送带与斜面相接处运动时无机械能损失)求:

(1)物休在斜面上能上滑的最大高度?

(2)第一次返回传送带上距B的最大距离?

(3)物体运动的总路程是多少?

答案

(1)物体在传送带上获得的加速度为μmg=ma

a=μg

到达B点时获得的速度为2aL0

=v2B

vB=

2aL0
=
2μgL0

物体在斜面上上升时的加速度为-mgsinθ-μmgcosθ=ma

a=-gsinθ-μgcosθ

上滑的最大高度为

2a

h
sinθ
=0-
v2B

代入数据解得h=

μL0sinθ
sinθ+μcosθ

(2)在下滑过程中加速度为mgsinθ-μmgcosθ=ma

a=gsinθ-μgcosθ

到达B点时的速度为

2a

h
sinθ
=v′2B

解得v′B=

2μgL0(sinθ-μcosθ)
sinθ+μcosθ

距B点的最大距离为

-2ax=0-

v′2B

代入数据解得x=

L0(sinθ-μcosθ)
sinθ+μcosθ

(3)第一次在斜面上上升的位移为

L0=

h
sinθ
=
μL0
sinθ+μcosθ

第二次到达B点时的速度为2ax

=v′2B

上升的位移为

2aL=0-

v′2B

L=

L0(sinθ-μcosθ)
(sinθ+μcosθ)2

下滑到B点具有的速度为2a

L=v″2B

v″B
=
2μgL0(sinθ-μcosθ)2
(sinθ+μcosθ)2

在水平传送带上向左通过的位移为

-2ax′=0-

v″2B

x′=

L0(sinθ-μcosθ)2
(sinθ+μcosθ)2

依此类推

在水平传送带上的路程为

X=L0+

2L0(sinθ-μcosθ)
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)

在斜面上的路程为

X′=

μL0
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)

总路程为X=X+X′=L0+

2L0(sinθ-μcosθ)
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)+
μL0
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)

答:(1)物休在斜面上能上滑的最大高度是

μL0cosθ
sinθ+μcosθ

(2)第一次返回传送带上距B的最大距离为

L0(sinθ-cosθ)
sinθ+μcosθ

(3)物体运动的总路程是L0+

2L0(sinθ-μcosθ)
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)+
μL0
sinθ+μcosθ
(
1-(
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)
n
1-
sinθ-μcosθ
sinθ+μcosθ
)

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