Question

如圖所示，皮帶在輪O₁O₂帶動(dòng)下以速度v勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶與輪之間不打滑．皮帶AB段長為L，皮帶輪左端B處有一光滑小圓弧與一光滑斜面相連接．物體無初速放上皮帶右端后，能在皮帶帶動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng)，并滑上斜面．已知物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，且μ＞

v2

2gL

．求：
（1）若物體無初速放上皮帶的右端A處，則其運(yùn)動(dòng)到左端B處的時(shí)間．
（2）若物體無初速地放到皮帶上某處，物體沿斜面上升到最高點(diǎn)后沿斜面返回，問物體滑回皮帶后，是否有可能從皮帶輪的右端A處滑出？判斷并說明理由．
（3）物體無初速的放上皮帶的不同位置，則其沿斜面上升的最大高度也不同．設(shè)物體放上皮帶時(shí)離左端B的距離為x，請(qǐng)寫出物體沿斜面上升最大高度h與x之間的關(guān)系，并畫出h-x圖象．

Answer 1

分析：（1）物塊滑上傳送帶先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到傳送帶速度時(shí)，一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求出勻加速直線運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之和，即為物體從右端滑到左端的時(shí)間．
（2）物塊從斜面返回皮帶的速度與物體滑上斜面的初速度大小相等，無初速放到皮帶上某處，可能先做勻加速后做勻速，也可能一直做勻加速達(dá)不到傳送帶的速度，所以返回時(shí)最遠(yuǎn)不能超過釋放的初始位置．
（3）設(shè)物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)達(dá)到傳送帶速度的位移為x₀，若x≤x₀時(shí)，物體一直加速，若x＞x₀時(shí)，物體先加速后勻速．根據(jù)動(dòng)能定理求出物體沿斜面上升的最大高度與x之間的關(guān)系．

解答：解：（1）物體放上皮帶運(yùn)動(dòng)的加速度  a=μg
物體加速到v前進(jìn)的位移 x0=

v2

2a

=

v2

2μg

∵L＞x₀，∴物體先加速后勻速，加速時(shí)間 t1=

v

a

=

v

μg

勻速時(shí)間 t2=

L-x0

v

=

L

v

-

v

2μg

∴物體從A到B時(shí)間 t=t1+t2=

L

v

+

v

2μg

答：物體從右端滑到左端的時(shí)間為t=

L

v

+

v

2μg

．
（2）不能滑出右端A                     
理由：物體從斜面返回皮帶的速度與物體滑上斜面的初速度大小相等，所以返回時(shí)最遠(yuǎn)不能超過釋放的初始位置
（3）當(dāng)x≤x₀時(shí)，物體一直加速，到B的速度為v₁，則v₁²=2μgx
又

1

2

mv12=mgh∴h=

2μgx

2g

=μx
當(dāng)x＞x₀時(shí)，物體先加速后勻速，到達(dá)B時(shí)速度均為v

1

2

mv 2=mgh
h′=

v2

2g

答：當(dāng)x≤x₀時(shí)，h=μx，當(dāng)x＞x₀時(shí)，h′=

v2

2g

．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵根據(jù)物塊的受力，判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀況，加速度是聯(lián)系前后的橋梁．