高中物理必修一 涉及到传送带问题解析 (含练习解析)

涉及到传送带问题解析

【学习目标】

能用动力学观点分析解决多传送带问题

【要点梳理】

要点一、传送带问题的一般解法

1.确立研究对象；

2.受力分析和运动分析，逐一摩擦力f大小与方向的突变对运动的影响；

⑴受力分析：

F的突变发生在物体与传送带共速的时刻，可能出现f消失、变向或变为静摩擦力，要注意这个时刻。

⑵运动分析：

注意参考系的选择，传送带模型中选地面为参考系；注意判断共速时刻并判断此后物体与带之间的f变化从而判定物体的受力情况，确定物体是匀速运动、匀加速运动还是匀减速运动；注意判断带的长度，临界之前是否滑出传送带。

⑶注意画图分析：

准确画出受力分析图、运动草图、v-t图像。

3.由准确受力分析、清楚的运动形式判断，再结合牛顿运动定律和运动学规律求解。

要点二、分析物体在传送带上如何运动的方法

1、分析物体在传送带上如何运动和其它情况下分析物体如何运动方法完全一样，但是传送带上的物体受力情况和运动情况也有它自己的特点。

具体方法是:

（1）分析物体的受力情况

在传送带上的物体主要是分析它是否受到摩擦力、它受到的摩擦力的大小和方向如何、是静摩擦力还是滑动摩擦力。在受力分析时，正确的理解物体相对于传送带的运动方向，也就是弄清楚站在传送带上看物体向哪个方向运动是至关重要的！因为是否存在物体与传送带的相对运动、相对运动的方向决定着物体是否受到摩擦力和摩擦力的方向。

（2）明确物体运动的初速度

分析传送带上物体的初速度时，不但要分析物体对地的初速度的大小和方向，同时要重视分析物体相对于传送带的初速度的大小和方向，这样才能明确物体受到摩擦力的方向和它对地的运动情况。

（3）弄清速度方向和物体所受合力方向之间的关系

物体对地的初速度和合外力的方向相同时，做加速运动，相反时做减速运动；同理，物体相对于传送带的初速度与合外力方向相同时，相对做加速运动，方向相反时做减速运动。

2、常见的几种初始情况和运动情况分析

（1）物体对地初速度为零，传送带匀速运动，（也就是将物体由静止放在运动的传送带上）

物体的受力情况和运动情况如图1所示：其中V是传送带的速度，V10是物体相对于传送带的初速度，f是物体受到的滑动摩擦力，V20是物体对地运动初速度。（以下的说明中个字母的意义与此相同）

物体必定在滑动摩擦力的作用下相对于地做初速度为零的匀加速直线运动。其加速度由牛顿第二定律，求得；

在一段时间物体的速度小于传送带的速度，物体则相对于传送带向后做减速运动，如果传送带的长度足够长的话，最终物体与传送带相对静止，以传送带的速度V共同匀速运动。

（2）物体对地初速度不为零其大小是V20，且与V的方向相同，传送带以速度V匀速运动，（也就是物体冲到运动的传送带上）

①若V20的方向与V 的方向相同且V20小于V，则物体的受力情况如图1所示完全相同，物体相对于地做初速度是V20的匀加速运动，直至与传送带达到共同速度匀速运动。

②若V20的方向与V 的方向相同且V20大于V，则物体相对于传送带向前运动，它受到的摩擦力方向向后，如图2所示，摩擦力f的方向与初速度V20方向相反，物体相对于地做初速度是V20的匀减速运动，一直减速至与传送带速度相同，之后以V匀速运动。

（3）物体对地初速度V20，与V的方向相反

如图3所示：物体先沿着V20的方向做匀减速直线运动直至对地的速度为零。然后物体反方向（也就是沿着传送带运动的方向）做匀加速直线运动。

①若V20小于V，物体再次回到出发点时的速度变为- V20，全过程物体受到的摩擦力大小和方向都没有改变。

②若V20大于V，物体在未回到出发点之前与传送带达到共同速度V匀速运动。

说明：上述分析都是认为传送带足够长，若传送带不是足够长的话，在图2和图3中物体完全可能以不同的速度从右侧离开传送带，应当对题目的条件引起重视。

要点三、物体在传送带上相对于传送带运动距离的计算

①弄清楚物体的运动情况，计算出在一段时间的位移X2。

②计算同一段时间传送带匀速运动的位移X1。

③两个位移的矢量之=X2- X1就是物体相对于传送带的位移。

【典型例题】

类型一、时间类传送带问题

例1、如图所示，传送带与地面成夹角θ=37°，以10m/s的速度逆时针转动，在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5，已知传送带从A→B的长度L=16m，则物体从A 到B需要的时间为多少？

【思路点拨】物体放上传送带以后，开始一段时间，做匀加速直线运动；速度达到10m/s，需进一步判定所受摩擦力情况才能确定物体的运动形式。

【答案】2s

【解析】物体放上传送带以后，开始一段时间，其运动加速度

2

m/s

10

cos

sin

=

+

=

m

mg

mg

a

θ

μ

θ

。

这样的加速度只能维持到物体的速度达到10m/s为止，其对应的时间和位移分别为：

,

1

s

10

10

1

s

a

v

t=

=

=m

5

2

2

1

=

=

a

s

υ

＜16m

以后物体受到的摩擦力变为沿传送带向上，其加速度大小为（因为mgsinθ＞μmgcosθ）。

2

2

m/s

2

cos

sin

=

-

=

m

mg

mg

a

θ

μ

θ

。

设物体完成剩余的位移2s所用的时间为2t，则222

2

22

1

t

a

t

s+

=υ，11m=102

2

2

t

t+

解得：)

s(

11

s,

1

2

2

12

舍去

或-

=

=t

t

所以：s

2

s1

s1=

+

=

总

t。

【总结升华】该题目的关键就是要分析好各阶段物体所受摩擦力的大小和方向，若μ＞0.75，第二阶段物体将和传送带相对静止一起向下匀速运动；若L＜5m，物体将一直加速运动。因此，在解答此类题目的过程中，对这些可能出现两种结果的特殊过程都要进行判断。

举一反三

【变式1】如图所示，传送带与地面成夹角θ=37°，以10m/s的速度顺时针转动，在传送带下端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.9，已知传送带从A→B的长度L=50m，则物体从A到B需要的时间为多少？

【答案】9.16s

【解析】物体放上传送带以后，开始一段时间，其运动加速度

2

m/s

2.1

sin

cos

=

-

=

m

mg

mg

a

θ

θ

μ

。

这样的加速度只能维持到物体的速度达到10m/s为止，其对应的时间和位移分别为：

,

33

.8

s

2.1

10

1

s

a

v

t=

=

=m

67

.

41

2

2

1

=

=

a

s

υ

＜50m

以后物体受到的摩擦力变为沿传送带向上，其加速度大小为零（因mgsinθ＜μmgcosθ）。

设物体完成剩余的位移2s所用的时间为2t，则20

2

t

sυ

=，50m－41.67m=

2

10t