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如图所示是长度为L=8.0 m的水平传送带,其皮带轮的半径为R=0.20 m,传送带上部距地面的高度为h=0.45m。质量m=4.0 kg的小物体A(视为质点)以v0=10m/s的初速度从左端滑上传送带。若传送带静止,A将从传送带水平部分最右端的B点滑落,落地点距B点的水平距离为0.6m。(g取10m/s2)

(1)若皮带轮顺时针匀速转动,当皮带轮的角速度ω值在什么范围内,小物体落地点距B点的水平距离始终为0.6 m?

(2)若皮带轮以角速度ω=30rad/s顺时针匀速转动,A的落地点距B点的水平距离为多少?

(3)皮带轮以不同的角速度顺时针匀速转动,画出A的落地点距B点的水平距离s随角速度ω变化的图像(ω的取值范围从0到100rad/s,不要求写出解析过程,只要画出的图线完全正确得5分)。

答案

解:(1)设A与传送带间的动摩擦因数为μ,A从B点滑落时的速度为v,由平抛运动规律:x=vt   h=

gt2   v==2m/s   A落地点距B点的水平距离始终为0.6 m,即A离开传送带时的速度始终为2 m/s即ω≤10 rad/s  

(2)当传送带静止时  由μmgL=

mv02-mv2   得:μ=0.6     当皮带轮以角速度ω=30 rad/s顺时针匀速转动时,传送带的速度 v2=ωR=30×0.2=6 m/s  设A滑动s距离后与传送带相对静止μmgs=mv02-   得:s=5.3m<L

所以A与传送带相对静止后,以v2从B点平抛,落地点距B点的水平距离为x′=v2t=1.8m 

(3)水平距离s随角速度ω变化的图像如图所示

附解析如下:当皮带轮以角速度10 rad/s<ω<50 rad/s  顺时针匀速转动时,A先在传送带上减速到与传送带相对静止后,以传送带的运行速度做平抛运动,传送带的速度v=ωR   A落地点距月点的水平距离为:s=vt=0.06ω  设皮带轮以角速度ω′顺时针匀速转动时,A运动到B点时恰好与传送带相对静止μmgL=

mv32-mv02,其中v1=ω′R  得:ω′=70rad/s  当皮带以角速度50 rad/s≤ω≤70 rad/s顺时针匀速转动时,A在传送带上加速到与传送带相对静止后,以传送带的运行速度平抛A落地点距B点的水平距离为:s=vt=0.060ω  当皮带轮以角速度70 rad/s<ω≤100 rad/s顺时针匀速转动时,A在传送带上一直加速到B点,到达B点时的速度v4,μmgL=mv42-mv02  得:v4=14m/s  A落地点距B点的水平距离为:s=vt=4.2 m

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