Question

14．如圖所示是利用傳送帶裝運煤塊的示意圖．其中，傳送帶足夠長，傾角θ=37°，煤塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.8，傳送帶的主動輪和從動輪半徑相等，兩輪輪心間的距離為7米，主動輪軸頂端與運煤車底板間的豎直高度H=1.8m，與運煤車車廂中心的水平距離x=1.2m．現(xiàn)在傳送帶底端由靜止釋放一些煤塊（可視為質(zhì)點，煤塊與輪心的連線與傾斜傳送帶垂直，位置如圖所示），到達主動輪時隨輪一起勻速轉(zhuǎn)動．煤塊在輪的最高點恰好水平拋出并落在車廂中心，取g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
（1）傳送帶勻速運動的速度v及主動輪和從動輪的半徑R；
（2）煤塊在傳送帶上由靜止開始至主動輪軸頂端所經(jīng)過的時間t．（第（2）問保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）煤塊離開傳送帶做平拋運動，根據(jù)高度求出平拋運動的時間，再根據(jù)水平位移和時間求出平拋運動的初速度，即傳送帶勻速運動的速度；煤塊在最高點做平拋運動，知煤塊到達輪的最高點時對輪的壓力為零，根據(jù)牛頓第二定律求出主動輪的半徑R．
（2）根據(jù)牛頓第二定律求出煤塊在傳送帶上勻加速直線運動的加速度，從而根據(jù)速度時間公式求出勻加速直線運動的時間．

解答 解：（1）離開傳送帶，煤塊做平拋運動，
水平方向：x=vt，
豎直方向：H=$\frac{1}{2}$gt²，
代入數(shù)據(jù)解得：v=2m/s，
要使煤塊在輪的最高點做平拋運動，則煤塊到達輪的最高點時對輪的壓力為零，由牛頓第二定律得：
mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，
代入數(shù)據(jù)得：R=0.4m；
（2）由牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{m}$=μgcos θ-gsin θ=0.4m/s²，
由勻變速直線運動的速度公式：v=v₀+at
得時間為：t=$\frac{v}{a}$=5 s；
答：（1）傳送帶勻速運動的速度為2m/s；主動輪和從動輪的半徑R為0.4m．
（2）煤塊在傳送帶上由靜止開始加速至與傳送帶速度相同所經(jīng)過的時間為5s．

點評 本題綜合了勻加速直線運動，圓周運動以及平拋運動，關(guān)鍵理清煤塊的運動過程，選擇合適規(guī)律進行求解．