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专题学习:
传送带模型
传送带是运送货物的一种省力工具,在装卸运输行业中有着广泛的应用,只要稍加留心,在工厂、车站、机场、装卸码头随处可见繁忙运转的传送带
情境导入
传送带问题是高中物理习题中较为常见的一类问题,因其涉及的知识点较多(受力分析、运动的分析、牛顿运动定律等),包含的物理过程比较复杂,所以这类问题往往是教学的难点,也是高考考查的一个热点。
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模型特点
传送带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到别的地方去。传送带问题的实质是相对运动问题,这样的相对运动将直接影响摩擦力的方向,它涉及摩擦力的判断、运动状态的分析和运动学知识的运用。
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传送带模型
水平传送带模型
倾斜传送带模型
知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1
情境2
情境3
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知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1 ①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情境2
情境3
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知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1 ①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情境2 ①v0>v,可能一直减速,也可能先减速再匀速
②v0=v,一直匀速
③v0<v,可能一直加速,也可能先加速再匀速
情境3
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知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1 ①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情境2 ①v0>v,可能一直减速,也可能先减速再匀速
②v0=v,一直匀速
③v0<v,可能一直加速,也可能先加速再匀速
情境3 ①传送带较短时,滑块一直减速到达左端
②传送带较长时,滑块还要被传送带传回右端。若v0>v,返回时速度为v;若v0<v,返回时速度为v0
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例1 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 的恒定速率运行,行李与传送带之间的动摩擦因数,、间的距离,重力加速度大小 取。旅客把行李(可视为质点)无初速度地放在 点,求行李从点到 点的时间。
解:对物块而言,其开始运动加速度
当物块与传送带共速时,
对物块计算位移:
之后物块和传送带一起运动3.96m到达B点,所用时间:
故A到B的时间为:
例1 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 的恒定速率运行,行李与传送带之间的动摩擦因数,、间的距离,重力加速度大小 取。旅客把行李(可视为质点)无初速度地放在 点,求行李从点到 点的时间。
问:行李在传送带上留下的划痕长度为多少?
例1 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 的恒定速率运行,行李与传送带之间的动摩擦因数,、间的距离,重力加速度大小 取。旅客把行李(可视为质点)无初速度地放在 点,求行李从点到 点的时间。
问:行李在传送带上留下的划痕长度为多少?
原题已知:物块运动加速度
共速前物块位移
传送带速度
共速时间
解析:(1)传送带移动位移:
则划痕:
例题1
(多选)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/s2
B.行李经过2 s到达B处
C.行李到达B处时速度大小为0.4 m/s
D.行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为0.08 m
(多选)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/s2
B.行李经过2 s到达B处
C.行李到达B处时速度大小为0.4 m/s
D.行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为0.08 m
开始时,对行李,根据牛顿第二定律有μmg=ma,解得a=2 m/s2,故A正确;
由以上分析可知行李在到达B处前已经与传送带共速,所以行李到达B处时速度大小为0.4 m/s,故C正确;行李在传送带上留下的摩擦痕迹长度为Δx=vt1-x=(0.4×0.2-0.04) m=0.04 m,故D错误.
【参考答案:AC】
例题2
如图为地铁入口安检装置简易图,水平传送带AB长度为l,传送带右端B与水平平台等高且平滑连接,物品探测区域长度为d,其右端与传送带右端B重合。已知:传送带匀速运动的速度大小为v,方向如图,物品(可视为质点)由A端无初速度释放,加速到传送带速度一半时恰好进入探测区域,最后匀速通过B端进入平台并减速至0,各处的动摩擦因数均相同,空气阻力忽略不计,重力加速度为g。求:
(1)物品与传送带间的动摩擦因数μ;
(2)物品运动的总时间t。
例题2
如图为地铁入口安检装置简易图,水平传送带AB长度为l,传送带右端B与水平平台等高且平滑连接,物品探测区域长度为d,其右端与传送带右端B重合。已知:传送带匀速运动的速度大小为v,方向如图,物品(可视为质点)由A端无初速度释放,加速到传送带速度一半时恰好进入探测区域,最后匀速通过B端进入平台并减速至0,各处的动摩擦因数均相同,空气阻力忽略不计,重力加速度为g。求:
(1)物品与传送带间的动摩擦因数μ;
(2)物品运动的总时间t。
解析:(1)设物品做匀加速直线运动的加速度大小为a,
则:()2=2a(l-d),μmg=ma
联立解得:a= , μ=
(2)设物品匀加速到v走过的位移为s。
由:v2=2as 得:s=4(l-d),故匀速位移为:l-s=4d-3l
又有匀速部分:4d-3l=vt1 , 匀变速部分:t2=2·
故总时间: t=t1+t2=
知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1
情境2
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项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1 ①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情境2
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知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境1 ①可能一直加速
②可能先加速后匀速
情境2 ①可能一直加速
②可能先加速再匀速
③可能先以a1加速再以a2加速
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知识回顾
项目 图示 滑块可能的运动情况
情境3 ①可能一直加速 ②可能一直匀速
③可能先加速后匀速 ④可能先减速后匀速
⑤可能先以a1加速后再以a2加速
⑥可能一直减速
情境4 ①可能一直加速
②可能一直匀速
③可能先减速后反向加速
④可能先减速,再反向加速,最后匀速
⑤可能一直减速
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例2 (多选)如图所示,一倾角为 的传送带沿逆时针方向以的速度匀速转动。将一质量 的小物块轻轻放在传送带的顶端点,经过后小物块到达底端 点。已知小物块和传送带之间的动摩擦因数,重力加速度大小 取
,, 。下列说法正确的是( )。
A.在整个过程中,小物块一直做加速直线运动
B.在加速运动的过程中,小物块的加速度大小一直为
C.小物块到达点时的速度大小为
D.、间的长度为
AC
A.
只要mgsinθ>μmgcosθ,或μ<tanθ——就会一直加速
B.
共速前,
物块慢
——a=mgsinθ+μmgcosθ
=8m/s2
共速后,
物块快
——a=mgsinθ- μmgcosθ
=4m/s2
C.
B.
A.
例2 (多选)如图所示,一倾角为 的传送带沿逆时针方向以的速度匀速转动。将一质量 的小物块轻轻放在传送带的顶端点,经过后小物块到达底端 点。已知小物块和传送带之间的动摩擦因数,重力加速度大小 取
,, 。下列说法正确的是( )。
C.小物块到达点时的速度大小为
D.、间的长度为
AC
只要mgsinθ>μmgcosθ,或μ<tanθ——就会一直加速
——a1=gsinθ+μgcosθ
=8m/s2
——a2=gsinθ- μgcosθ
=4m/s2
——v=a1t
——共速前 t1=0.5s
——共速后 t2=1.5s
—— v΄=v+a2t2
=10m/s
D.
列共速方程
物块快
共速后,
物块慢
共速前,
算位移关系
——共速前
——共速后
真题2
(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,cos 37°=0.8.求:
(1)小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a;
(2)小包裹通过传送带所需的时间t.
(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,cos 37°=0.8.
求: (1)小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a;
(2)小包裹通过传送带所需的时间t.
解析:(1)小包裹的速度v2大于传送带的速度v1,
所以小包裹受到传送带的摩擦力沿传送带向上,
根据牛顿第二定律可知:μmgcosα-mgsinα=ma , 解得:a=0.4 m/s2
(2)根据(1)可知小包裹开始阶段在传送带上做匀减速直线运动,
用时:t1== s=2.5 s
在传送带上滑动的距离为:x1=t1=×2.5 m=2.75 m ,
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μmgcosα>mgsinα,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,匀速运动的时间为:t2== s=2 s,
所以小包裹通过传送带的时间为:t=t1+t2=4.5 s。
例题3
如图甲所示,倾角为37°的足够长的传送带以4 m/s的速度顺时针转动,现使小物块以2 m/s的初速度沿斜面向下冲上传送带,小物块的速度随时间变化的关系如图乙所示,g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,试求:
(1)小物块与传送带间的动摩擦因数为多大;
(2)0~8 s内小物块在传送带上留下的划痕为多长.
学以致用
02.
解析
G
N
Ff
μmgcos 37°-mgsin 37°=ma
(2)0~2 s x皮1=4×2 m=8 m,
x物1=×2×2 m=2 m
2~6 s x皮2=4×4 m=16 m,
x物2=×4×4m=8 m
Δx1=x皮1+x物1=10 m
Δx2=x皮2-x物2=8 m
Δx2与Δx1不重叠,故划痕总长为18 m
划痕为相对位移,即两图线之间面积
设行李做匀加速运动的时间为t1,行李做匀加速运动的末速度为v=0.4 m/s,
根据v=at1,代入数据解得t1=0.2 s,
匀加速运动的位移大小x=at12=×2×0.22 m=0.04 m,
匀速运动的时间为t2== s=4.9 s,
可得行李从A到B的时间为t=t1+t2=5.1 s,故B错误;
得μ=
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