问题 问答题

(学有余力同学做,不计入总分)如图所示,设AB段是距水平传送带装置高为H=1.25m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=5m,与货物包的摩擦系数为μ=0.4,顺时针转动的速度为V=3m/s.设质量为m=1kg的小物块由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失.小物块随传送带运动到C点后水平抛出,恰好无碰撞的沿圆弧切线从D点进入竖直光滑圆孤轨道下滑.D、E为圆弧的两端点,其连线水平.已知圆弧半径R2=1.0m圆弧对应圆心角θ=106°,O为轨道的最低点.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:

(1)小物块在B点的速度.

(2)小物块在水平传送带BC上的运动时间.

(3)水平传送带上表面距地面的高度.

(4)小物块经过O点时对轨道的压力.

答案

(1)小物块由A运动B,由动能定理,mgh=

1
2
mv2

解得:vB=

2gH
=5m/s

即小物块在B点的速度为5m/s.

(2)由牛顿第二定律,得μmg=ma,解得:a=μg=4m/s2

水平传送带的速度为v0=3m/s

加速过程,由 v0=vB-at1,得:t1=

vB-v0
a
=0.5s

则匀速过程

L1=

vB+v0
2
t1=2m

t2=

L-L1
v
=1s

故总时间t=t1+t2=1.5s

即小物块在水平传送带BC上的运动时间为1.5s.

(3)小物块从C到D做平抛运动,在D点有:

vy=v0tan

θ
2
=4m/s

v2y
=2gh,得h=
v2y
2g
=0.8m

故水平传送带上表面距地面的高度为0.8m.

(4)小物块在D点的速度大小为:vD=

v2C
+
v2y
=5m/s

对小物块从D点到O由动能定理,得:mgR(1-cos

θ
2
)=
1
2
mv2-
1
2
m
v2D

在O点由牛顿第二定律,得:FN-mg=m

v2
R

联立以上两式解得:FN=43N

由牛顿第三定律知对轨道的压力为:FN′=43N

即小物块经过O点时对轨道的压力为43N.

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