如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角为37°,在电动机的带动下以v=4m⼀s 的速率顺时针方向运行,在

2025-05-18 06:48:51
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回答(1):

(1)物块从A点由静止释放,由牛顿第二定律得:
向下运动的加速度:ma1=mgsinθ-μmgcosθ,代入数据解得:a1=2m/s2
由速度位移公式可知,与P碰前的速度v1=

2a1L
=
2×2×9
=6m/s,
物块与挡板碰撞后,以v1的速率反弹,因v1>v,物块相对传送带向上滑,
由牛顿第二定律可知,物块向上做减速运动的加速度ma2=mgsinθ+μmgcosθ,代入数据解得:a2=10m/s2
物块速度减小到与传送带速度相等所需时间:t1=
v1?v
a2
=
6?4
10
=0.2s,
物块向上的位移:x1=
v1+v
2
t1=
6+4
2
×0.2=1m,
物块速度与传送带速度相等后,μ<tanθ,由牛顿第二定律可知,ma3=mgsinθ-μmgcosθ,
代入数据解得,物块向上做减速运动的加速度:a3=2m/s2
物块向上的位移:x2=
v2
2a3
=
42
2×2
=4m,离P点的距离:x1+x2=1+4=5m
(2)物块上升到传送带的最高点后,物块沿传送带向下加速运动,与挡板P第二次碰掸前的速度:v2=
2a1(x1+x2)
=
2×2×(1+4)
=
20
m/s,
碰后因v2>v,物块先向上做加速度为a2的减速运动,再做加速度为a3的减速运动,以此类推经过多次碰撞后物块以v=4m/s的速率反弹,
故最终物块在P与离P 点4m的范围内不断做向上的加速度为2 m/s2的减速运动和向下做加速度为2 m/s2的加速运动,
物块的运动达到这一稳定状态后,物块对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力Ff=μmgcosθ,
故电动机的输出功率:P=(μmgcosθ)v,代入数据解得:P=16W;
答:(1)物块从第一次静止释放到与挡板P第一次碰撞后,物块上升到最高点时到挡板P的距离为5m;
(2)物块最终的运动状态及达到该运动状态后电动机的输出功率为16W.