题目
bigcirc -|||-B-|||-A v-|||-10如图,一长L=6m的倾斜传送带在电动机带动下以速度v=4m/s沿顺时针方向匀速转动,传送带与水平方向的夹角θ=37°,质量m1=4kg的小物块A和质量m2=2kg的小物块B由跨过定滑轮的轻绳连接,A与定滑轮间的绳子与传送带平行,不可伸长的轻绳足够长。某时刻将物块A轻轻放在传送带底端,已知物块A与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,不计滑轮的质量与摩擦,在A运动到传送带顶端前物块B都没有落地。取sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2。求:(1)物块B刚下降时的加速度a;(2)物块A从底端到达顶端所需的时间t;(3)物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W。

(1)物块B刚下降时的加速度a;
(2)物块A从底端到达顶端所需的时间t;
(3)物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W。
题目解答
答案
解:(1)物块B刚下降时,对A分析,由牛顿第二定律得
T+μm1gcosθ-m1gsinθ=m1a
对B分析,由牛顿第二定律得
m2g-T=m2a
联立解得 a=2m/s2
(2)A先做匀加速运动,当达到与传送带共速时用时t1=$\frac{v}{{a}_{1}}$=$\frac{4}{2}$s=2s
A匀加速运动通过的位移x1=$\frac{v}{2}{t}_{1}$=$\frac{4}{2}$×2m=4m
之后A做匀速运动,用时t2=$\frac{L-{x}_{1}}{v}$=$\frac{6-4}{4}$s=0.5s
物块A从底端到达顶端所需的时间t=t1+t2=2s+0.5s=2.5s
(3)物块A从底端到达顶端时,相对位移Δx=vt1-x1=4×2m-4m=4m
电动机多做的功设为W,根据能量守恒得
W+m2gL-m1gLsinθ=$\frac{1}{2}({m}_{1}+{m}_{2})^{2}$+μm1gcosθ•Δx
解得 W=136J
答:(1)物块B刚下降时的加速度a为2m/s2;
(2)物块A从底端到达顶端所需的时间t为2.5s;
(3)物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W为136J。
T+μm1gcosθ-m1gsinθ=m1a
对B分析,由牛顿第二定律得
m2g-T=m2a
联立解得 a=2m/s2
(2)A先做匀加速运动,当达到与传送带共速时用时t1=$\frac{v}{{a}_{1}}$=$\frac{4}{2}$s=2s
A匀加速运动通过的位移x1=$\frac{v}{2}{t}_{1}$=$\frac{4}{2}$×2m=4m
之后A做匀速运动,用时t2=$\frac{L-{x}_{1}}{v}$=$\frac{6-4}{4}$s=0.5s
物块A从底端到达顶端所需的时间t=t1+t2=2s+0.5s=2.5s
(3)物块A从底端到达顶端时,相对位移Δx=vt1-x1=4×2m-4m=4m
电动机多做的功设为W,根据能量守恒得
W+m2gL-m1gLsinθ=$\frac{1}{2}({m}_{1}+{m}_{2})^{2}$+μm1gcosθ•Δx
解得 W=136J
答:(1)物块B刚下降时的加速度a为2m/s2;
(2)物块A从底端到达顶端所需的时间t为2.5s;
(3)物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W为136J。
解析
步骤 1:物块B刚下降时的加速度a
对物块A和B分别应用牛顿第二定律,考虑绳子的拉力T,摩擦力和重力的分量。物块A受到的摩擦力方向向上,因为传送带是顺时针转动,物块A相对传送带向下滑动。物块B受到的重力和绳子的拉力。联立两个方程求解加速度a。
步骤 2:物块A从底端到达顶端所需的时间t
物块A先做匀加速运动,直到速度达到与传送带相同,然后做匀速运动。计算匀加速运动的时间t_1和匀速运动的时间t_2,总时间t为两者之和。
步骤 3:物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W
根据能量守恒定律,电动机做的功等于物块A和B的动能变化、重力势能变化和摩擦力做功之和。计算这些能量变化,求出电动机多做的功W。
对物块A和B分别应用牛顿第二定律,考虑绳子的拉力T,摩擦力和重力的分量。物块A受到的摩擦力方向向上,因为传送带是顺时针转动,物块A相对传送带向下滑动。物块B受到的重力和绳子的拉力。联立两个方程求解加速度a。
步骤 2:物块A从底端到达顶端所需的时间t
物块A先做匀加速运动,直到速度达到与传送带相同,然后做匀速运动。计算匀加速运动的时间t_1和匀速运动的时间t_2,总时间t为两者之和。
步骤 3:物块A从底端到达顶端时,电动机多做的功W
根据能量守恒定律,电动机做的功等于物块A和B的动能变化、重力势能变化和摩擦力做功之和。计算这些能量变化,求出电动机多做的功W。