问题 问答题

如图所示,一水平方向的传送带以恒定速度v=2m/s沿顺时针方向匀速转动,传送带右端固定着一光滑的四分之一圆弧轨道,并与弧下端相切.一质量m=1kg的物体自圆弧轨道的最高点由静止滑下,圆弧轨道的半径尺R=0.45m,物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,不计物体滑过曲面与传送带交接处时的能量损失,传送带足够长,取g=10m/s2

(1)求物体从第一次滑上传送带到离开传送带所经历的时间;

(2)求物体从第一次滑上传送带到离开传送带的过程中,传送带对物体做的功及由于摩擦产生的热量;

(3)求物体从第二次滑上传送带到离开传送带的过程中,传送带对物体做的功及由于摩擦产生的热量;

(4)经过足够长的时间之后物体能否停下来?若能,请说明物体停下的位置;若不能,请简述物体的运动规律.

答案

(1)物体沿圆弧轨道下滑的过程中机械能守恒,设物体滑到传送带右端时的速度为v1,则有:

mgR=

1
2
mv12

解得v1=3m/s.

物体在传送带上运动的加速度大小为a=

μmg
m
=μg=2m/s2

物体在传送带上向左运动的时间t1=

v1
a
=1.5s.

向左运动的最大距离s=

v12
2a
=2.25m.

物体向右运动达到速度为v时,向右运动的距离s1=

v2
2a
=1m.

所用的时间t2=

v
a
=1s,匀速运动的时间t3=
s-s1
v
=0.625s

所以t=t1+t2+t3=1.5+1+0.625s=3.125s.

(2)根据动能定理得,传送带对物体做的功

W=

1
2
mv2-
1
2
mv12=-2.5J.

物体相对传送带滑过的路程△x=

v2-v12
-2a
+v(t1+t2)=6.25m

由于摩擦产生的热量Q=μmg•△x=12.5J.

(3)根据机械能守恒定律,物体第二次滑上传送带时的速度为2m/s.

物体先向左做匀减速运动,减速到速度为零,然后向右做匀加速运动,直到速度变为v=2m/s.

时间t4=2

v
a
=2s.

根据动能定理,由于物体从滑上传送带到离开传送带过程中物体的动能没有变化,故传送带对物体所做的功W2=0.

在这段时间内物体相对传送带滑过的路程△x2=vt4=4m

所以由于摩擦产生的热量为

Q′=μmg•△x2=0.2×1×10×4J=8J.

(4)物体不会停下来,物体在圆弧轨道和传送带上做周期性往复运动.

选择题
单项选择题