2025高考物理大一轮复习讲义人教版PPT课件专题强化:“传送带”模型中的动力学问题
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1.模型特点:物体(视为质点)放在传送带上,由于物体和传送带相对滑动(或有相对运动趋势)而产生摩擦力,根据物体和传送带间的速度关系,摩擦力可能是动力,也可能是阻力。2.解题关键:抓住v物=v传的临界点,当v物=v传时,摩擦力发生突变,物体的加速度发生突变。3.注意物体位移、相对位移和相对路程的区别(1)物体位移:以地面为参考系,单独对物体由运动学公式求得的位移。
(2)物体相对传送带的位移大小Δx①若有一次相对运动:Δx=x传-x物或Δx=x物-x传。②若有两次相对运动:两次相对运动方向相同,则Δx=Δx1+Δx2(图甲);两次相对运动方向相反,则划痕长度等于较长的相对位移大小Δx2(图乙)。
考点一 水平传送带中的动力学问题
考点二 倾斜传送带中的动力学问题
水平传送带中的动力学问题
例1 (多选)(2023·广东汕头市期末)如图所示,水平传送带以恒定的速度顺时针转动,在其左侧轻放一小滑块,下列描述小滑块在传送带上运动的v-t(速度—时间)、a-t(加速度—时间)图像可能正确的是
若传送带速度较小,滑块可能先在传送带上做匀加速直线运动,加速度不变,与传送带共速后,做匀速直线运动,加速度为零。若传送带速度足够大,滑块可能在传送带上一直做匀加速直线运动,最终还未与传送带共速就已离开传送带,故C错误,A、B、D正确。
例2 (多选)(2024·四川绵阳市零诊)应用于机场和火车站的安全检查仪,其传送装置可简化为如图所示的模型。传送带始终保持v=0.4 m/s的恒定速率运行,行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,A、B间的距离为2 m,g取10 m/s2。旅客把行李(可视为质点)无初速度地放在A处,则下列说法正确的是A.开始时行李的加速度大小为2 m/s2B.行李经过2 s到达B处C.行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为0.12 mD.当行李的速度与传送带的速度相同时,传送带立刻停止运动。整个过程中 行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为0.04 m
行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为Δx=vt1-x=0.04 m,C错误;
例3 (多选)(2023·天津市芦台一中期末)如图甲所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1顺时针运行,初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v-t图像(以地面为参考系)如图乙所示,已知v2>v1,则A.t2时刻,小物块离A处的距离达到最大B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离 达到最大C.0~t2时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用D.0~t2时间内,小物块受到的摩擦力先向右后向左
相对地面而言,小物块在0~t1时间内,向左做匀减速直线运动,t1之后反向向右运动,故小物块在t1时刻离A处距离最大,A错误;小物块在0~t1时间内,向左做匀减速直线运动,相对传送带向左运动,在t1~t2时间内,反向向右做匀加速直线运动,但速度小于传送带的速度,相对传送带向左运动,t2时刻两者同速,在t2~t3时间内,小物块相对于传送带静止,所以t2时刻小物块相对传送带滑动的距离达到最大值,B正确;
0~t2时间内,小物块相对传送带向左运动,始终受到向右的滑动摩擦力,滑动摩擦力的大小和方向都不变,故C正确,D错误。
水平传送带问题的常见情形及运动分析
倾斜传送带中的动力学问题
例4 如图所示,传送带与水平地面的夹角θ=37°,从A到B的长度为L=10.25 m,传送带以v0=10 m/s的速率逆时针转动。在传送带上端A无初速度放一个质量为m=0.5 kg的黑色煤块(可视为质点),它与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.5,煤块在传送带上经过会留下黑色痕迹。已知sin 37°=0.6,g取10 m/s2,求:
(1)当煤块与传送带速度相同时,接下来它们能否相对静止;
由于mgsin 37°>μmgcs 37°,所以煤块与传送带速度相同后,它们不能相对静止。
(2)煤块从A运动到B的时间;
煤块刚放上时,受到沿斜面向下的摩擦力,其加速度为a1=g(sin θ+μcs θ)=10 m/s2,
煤块速度达到v0后,加速度大小改变,继续沿传送带向下加速运动,则有a2=g(sin θ-μcs θ)=2 m/s2,
x2=L-x1=5.25 m,
得t2=0.5 s故煤块从A运动到B的时间为t=t1+t2=1.5 s。
(3)煤块从A到B的过程中在传送带上留下痕迹的长度。
第一过程痕迹长Δx1=v0t1-x1=5 m,第二过程痕迹长Δx2=x2-v0t2=0.25 m,Δx2与Δx1部分重合,故痕迹总长为5 m。
拓展 若煤块和传送带之间的动摩擦因数为0.75,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求煤块从A运动至B的时间。
由于Ff=μ′FN=μ′mgcs θ=mgsin θ即最大静摩擦力等于煤块重力沿传送带向下的分力,故煤块和传送带达到共速后将做匀速直线运动,所以煤块先做匀加速直线运动,后做匀速直线运动。a′=g(sin θ+μ′cs θ)=12 m/s2,
匀速运动位移x2′=L-x1′≈6.08 m
总时间t′=t1′+t2′=1.441 s。
例5 (2024·辽宁沈阳市模拟)如图,MN是一段倾角为θ=30°的传送带,一个可以看作质点、质量为m=1 kg的物块,以沿传送带向下的速度v0=4 m/s从M点开始沿传送带运动。物块运动过程的部分v-t图像如图所示,取g=10 m/s2,则A.物块最终从传送带N点离开B.传送带的速度v=1 m/s,方向逆时针C.物块沿传送带下滑时的加速度a=2 m/s2D.物块将在5 s时回到原处
从图像可知,物块速度减为零后沿传送带反向向上运动,最终的速度大小为1 m/s,因此没从N点离开,可知传送带顺时针运动,速度大小为1 m/s,故A、B错误;
倾斜传送带问题的常见情形及运动分析
1.(2023·江苏扬州市高邮中学期中)如图所示,飞机场运输行李的倾斜传送带保持恒定的速率运行,将行李箱无初速度地放在传送带底端,当传送带将它送入飞机货舱前行李箱已做匀速运动。假设行李箱与传送带之间的动摩擦因数为μ,传送带与水平面的夹角为θ,已知滑动摩擦力近似等于最大静摩擦力,下列说法正确的是A.要实现这一目的前提是μ
2.(2023·广东惠州市调研)如图甲所示,将一物块P轻轻放在足够长的水平传送带上,取向右为速度的正方向,物块P最初一段时间的速度—时间图像如图乙所示,下列说法正确的是A.物块一直受滑动摩擦力B.传送带做顺时针的匀速运动C.传送带做顺时针的匀加速运动D.物块最终有可能从图甲的左端滑下传送带
由题图乙可知,物块先做匀加速运动,当与传送带共速后,与传送带一起做顺时针的匀加速运动,故B错误,C正确;当物块与传送带一起顺时针加速后,物块受静摩擦力,物块不可能从题图甲的左端滑下传送带,故A、D错误。
3.(多选)(2023·四川省资中县第二中学检测)如图所示,由于运力增加,某机场欲让货物尽快通过传送带。已知传送带两轴心间距为5 m,传送带顺时针匀速传动,其速度的大小可以由驱动系统根据需要设定,一可视为质点的货物以7 m/s初速度从左端滑上传送带,已知货物与传送带间的动摩擦因数为μ=0.4,取g=10 m/s2,则下列传送带的速度符合要求的是 A.8 m/s B.9 m/s C.10 m/s D.11 m/s
4.(2023·安徽省十校联盟期中)某快递公司为了提高效率,使用电动传输机输送快件,如图所示,水平传送带AB长度L=5.25 m,始终保持恒定速度v=1 m/s运行,在传送带上A处轻轻放置一快件(可视为质点),快件与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,快件由静止开始加速,与传送带共速后做匀速运动到达B处,忽略空气阻力,重力加速度取g=10 m/s2,下列说法正确的是A.快件所受摩擦力的方向与其运动方向始终相反B.快件先受滑动摩擦力作用,后受静摩擦力作用C.快件与传送带的相对位移为0.5 mD.快件由A到B的时间为5.5 s
快件加速时,滑动摩擦力方向与运动方向相同,匀速后,与传送带之间无相对运动趋势,不受摩擦力作用,故A、B错误;
5.(2021·辽宁卷·13)机场地勤工作人员利用传送带从飞机上卸行李。如图所示,以恒定速率v1=0.6 m/s运行的传送带与水平面间的夹角α=37°,转轴间距L=3.95 m。工作人员沿传送方向以速度v2=1.6 m/s从传送带顶端推下一件小包裹(可视为质点)。小包裹与传送带间的动摩擦因数μ=0.8。取重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求: (1)小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a;
答案 0.4 m/s2
小包裹的初速度v2大于传送带的速度v1,所以开始时小包裹受到的传送带的摩擦力沿传送带向上,因为小包裹所受滑动摩擦力大于重力沿传送带方向上的分力,即μmgcs α>mgsin α,所以小包裹与传送带共速后做匀速直线运动至传送带底端,根据牛顿第二定律可知μmgcs α-mgsin α=ma,解得a=0.4 m/s2
(2)小包裹通过传送带所需的时间t。
在传送带上滑动的距离为
6.(多选)(2024·重庆名校联盟期中)如图甲为一足够长的倾斜传送带,倾角θ=37°,现以恒定速率v=4 m/s顺时针转动。一煤块以初速度v0=12 m/s从A端冲上传送带,煤块的v-t图像如图乙所示,已知煤块与传送带间的动摩擦因数为0.25,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则A.图乙中t1=0.75 sB.图乙中t2=2 sC.煤块运动过程中距离A点的最远距离 为10 mD.煤块在传送带上留下的痕迹长为
0~t1内,传送带位移大小为x1=vt1=4 m,由图像知煤块位移大小为8 m,煤块比传送带多走Δx1=4 m,t1~t2内,传送带位移大小为x2=v(t2-t1)=4 m,由图像知煤块位移大小为2 m,传送带
7.(2023·辽宁阜新市联考)如图甲所示,足够长的匀速运动的传送带的倾角为θ,在传送带上某位置轻轻放置一物块,结果物块的速度随时间变化的关系如图乙所示,其中v0、t0已知。重力加速度大小为g。下列说法正确的是A.物块可能沿传送带向上运动B.物块与传送带间的动摩擦因数大于tan θC.t0时间后物块的加速度大小为2gsin θ-D.若传送带反转,则物块将一直以大小为gsin θ- 的加速度做匀加速 直线运动
v-t图像的斜率表示加速度,根据题图乙可知,t0时刻之前的加速度大于t0时刻之后的加速度,可知物块t0时刻之前受到的滑动摩擦力沿传送带向下,即开始时物块相对传送带向上运动,传送带逆时针转动,根据题图乙可知,物块始终向下做加速直线运动,A错误;根据上述,t0时刻之后物块向下做加速度较小的匀加速直线运动,则有mgsin θ>μmgcs θ,解得μ
8.(2024·广东深圳市二检)快递物流已经深入我们的生活,准确迅速分拣是一个重要环节,图甲是快递分拣传送装置。它由两台传送机组成,一台水平传送和一台倾斜传送,图乙是该装置示意图,CD部分倾角θ=37°,B、C间距离忽略不计。已知水平传送带以4 m/s的速率顺时针转动。把一个可视为质点的货物无初速度放在A端,图丙为水平传送带AB段数控设备记录的货物的运动图像,1.3 s时刚好达到B端,且速率不变滑上C端,已知两段传送带与货物间的动摩擦因数相同。重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6。
求:(1)水平传送带AB的长度及动摩擦因数;
答案 3.6 m 0.5
货物在水平传送带上运动时,根据牛顿第二定律可得μmg=ma1
(2)若CD段的长度为2.6 m,则CD部分传送带速度至少为多少,快递员才能在D端取到货物。
依题意,货物以4 m/s滑上倾斜传送带CD部分,CD以顺时针方向转动但速度未知,第一种情况:若传送带CD部分速度大于货物速度,不符合传送带速度取最小的情况,故舍弃;第二种情况:若传送带CD部分速度小于货物速度,货物所受摩擦力方向沿传送带向下,则mgsin θ+μmgcs θ=ma2,解得a2=10 m/s2
故货物先做匀减速直线运动,等到与传送带共速时由于μ
9.(2023·湖北武汉市三模)如图所示,生产车间有两个完全相同的水平传送带甲和乙,它们相互垂直且等高,正常工作时都匀速运动,速度大小分别为v甲、v乙,将工件(视为质点)轻放到传送带甲上,工件离开传送带甲前已经与传送带甲的速度相同,并平稳地传送到传送带乙上,且不会从传送带乙的右侧掉落。两传送带正常工作时,对其中一个工件A在传送带乙上留下的痕迹,下图中可能正确的是
传送带甲、乙正常工作时均做匀速运动,速度大小分别为v甲、v乙,所以,工件滑上乙时,水平方向相对传送带乙的速度水平向右,沿传送带乙方向相对传送带乙的速度与乙的运动方向相反,所以相对传送带乙的速度为这两个分速度的合速度,方向向右下方,因为合速度方向的反方向为滑动摩擦力方向,力与速度方向相反,工件A做匀减速直线运动,轨迹沿速度方向,故D正确,A、B、C错误。
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