16.在如圖所示的豎直平面內(nèi),有一固定在水平地面的光滑平臺(tái).平臺(tái)右端B與靜止的水平傳送帶平滑相接,傳送帶長(zhǎng)L=3m.有一個(gè)質(zhì)量為m=0.5kg,帶電量為q=+10-3C的滑塊,放在水平平臺(tái)上.平臺(tái)上有一根輕質(zhì)彈簧左端固定,右端與滑塊接觸但不連接.現(xiàn)用滑塊緩慢向左移動(dòng)壓縮彈簧,且彈簧始終在彈性限度內(nèi).在彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí),若將滑塊靜止釋放,滑塊最后恰能到達(dá)傳送帶右端C點(diǎn).已知滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.20(g取10m/s2)求:

(1)滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度vB,及彈簧儲(chǔ)存的最大彈性勢(shì)能EP
(2)若傳送帶以1.5m/s的速度沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),釋放滑塊的同時(shí),在BC之間加水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E=5×102N/C.滑塊從B運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中,摩擦力對(duì)它做的功.
(3)若兩輪半徑均為r=0.4m,傳送帶順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω0時(shí),撤去彈簧及所加電場(chǎng),讓滑塊從B點(diǎn)以4m/s速度滑上傳送帶,恰好能由C點(diǎn)水平飛出傳送帶.求ω0的大小以及這一過(guò)程中滑塊與傳送帶間產(chǎn)生的內(nèi)能.

分析 (1)根據(jù)動(dòng)能定理,結(jié)合滑塊在C點(diǎn)的速度為零,求出滑塊在B點(diǎn)的速度,根據(jù)能量守恒求出彈簧儲(chǔ)存的最大彈性勢(shì)能.
(2)滑塊滑上傳送帶先做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度與傳送帶速度相等時(shí)一起勻速,對(duì)B到C過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理,求出摩擦力做功的大。
(3)恰好能由C點(diǎn)水平飛出傳送帶,則滑塊受到的質(zhì)量恰好提供向心力,由此即可求出角速度;由功能關(guān)系即可求出產(chǎn)生的內(nèi)能.

解答 解:(1)滑塊從釋放至運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),由能量守恒得,
${E}_{p}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$    ①
從B到C,由動(dòng)能定理得,$-μmgL=0-\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$    ②
聯(lián)立①②兩式,代入數(shù)據(jù)解得vB=2$\sqrt{3}$m/s
彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為滑塊的動(dòng)能:
Ep=${E}_{K}=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}×0.5×(2\sqrt{3})^{2}=3$J.
(2)加電場(chǎng)后,由于vB>v,滑塊滑上傳送帶時(shí),加速度大小為a,
有:μmg-qE=ma
滑塊減速的時(shí)間${t}_{1}=\frac{{v}_{B}-{v}_{傳}}{a}=0.5s$
滑塊減速的位移${x}_{1}=\frac{{v}_{B}+{v}_{傳}}{2}{t}_{1}=0.875m<L$
故滑塊之后勻速運(yùn)動(dòng),從B到C,由動(dòng)能定理得,
$qEL+{W}_{f}=\frac{1}{2}m{{v}_{傳}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得Wf=-3.9375J.
(3)滑塊恰能在C點(diǎn)水平飛出傳送帶,則有mg=$\frac{m{v}_{c}^{2}}{r}$
又:vC=r•ω0
代入數(shù)據(jù)得:ω0=5 rad/s
滑塊要減速到C點(diǎn)  μmg=ma′塊減速時(shí)間t=1s
滑塊位移x1=vBt-$\frac{1}{2}$a′t2=3m    
傳送帶距離x2=vCt=2m     
內(nèi)能Q=μmg(x1-x2
聯(lián)立以上方程得:Q=1J  
答:(1)滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度是2$\sqrt{3}$m/s,及彈簧儲(chǔ)存的最大彈性勢(shì)能EP是3J;
(2)若傳送帶以1.5m/s的速度沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),釋放滑塊的同時(shí),在BC之間加水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E=5×102N/C.滑塊從B運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中,摩擦力對(duì)它做的功是-3.9375J.
(3)若兩輪半徑均為r=0.4m,傳送帶順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω0時(shí),撤去彈簧及所加電場(chǎng),讓滑塊從B點(diǎn)以4m/s速度滑上傳送帶,恰好能由C點(diǎn)水平飛出傳送帶.ω0的大小是5 rad/s,這一過(guò)程中滑塊與傳送帶間產(chǎn)生的內(nèi)能是1J.

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵理清滑塊在整個(gè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)情況,結(jié)合牛頓第二定律、動(dòng)能定理進(jìn)行求解.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

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6.關(guān)于拋體運(yùn)動(dòng),下而的幾種說(shuō)法中正確的是( 。
A.平拋運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),它的速度不斷改變,不可能是勻變速運(yùn)動(dòng)
B.平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)
C.平拋運(yùn)動(dòng)落地時(shí)的水平位移由初速度大小決定
D.平拋運(yùn)動(dòng)的落地時(shí)間與初速度大小有關(guān)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

7.如圖所示,一豎直平面內(nèi)的光滑圓形軌道半徑為R,小球以速度v0經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B沿軌道上滑,并恰能通過(guò)軌道最高點(diǎn)A.以下說(shuō)法正確的是(  )
A.v0應(yīng)等于2$\sqrt{gR}$
B.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球受到的合外力提供向心力
C.小球在B點(diǎn)時(shí)加速度最大,在A點(diǎn)時(shí)加速度最小
D.小球從B點(diǎn)到A點(diǎn),其速度的增量為(1+$\sqrt{5}$)$\sqrt{gR}$

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

4.如圖是“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度”實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,從A點(diǎn)開(kāi)始每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率是50Hz),依照打點(diǎn)的先后依次編為A、B、C、D、E.測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A的距離分別為:AB=1.60cm,AC=3.40cm,AD=5.40cm,AE=7.60cm.則,從打A點(diǎn)打到E點(diǎn)共歷時(shí)0.40s,從打A到打E紙帶的平均速度是0.19 m/s,打B點(diǎn)的瞬時(shí)速度為0.17m/s,紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度大小為0.20m/s2.(均保留兩位有效數(shù)字)

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11.如圖所示,兩條曲線為汽車(chē)a、b在同一條平直公路上的v-t圖象,已知在t2時(shí)刻,兩車(chē)相遇,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.在t1~t2時(shí)間內(nèi),a車(chē)加速度先增大后減小
B.在t1~t2時(shí)間內(nèi),a車(chē)的位移比b車(chē)的小
C.t2時(shí)刻可能是b車(chē)追上a車(chē)
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1.一個(gè)石子從高處釋放,做自由落體運(yùn)動(dòng),已知它在第1s內(nèi)的位移大小是h,則它在第2s內(nèi)的位移大小是( 。
A.5hB.7hC.9hD.3h

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8.一豎直懸掛的輕質(zhì)彈簧下端不掛物體時(shí)長(zhǎng)度是10cm,在其下端懸掛一質(zhì)量為0.1kg的物體,當(dāng)物體靜止后,彈簧的長(zhǎng)度為11cm,取g=10m/s2.該彈簧的勁度系數(shù)為( 。
A.1N/mB.10N/mC.100N/mD.1000N/m

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

5.木塊原來(lái)放在水平長(zhǎng)木板上,兩接觸面的動(dòng)摩擦因數(shù)為$\frac{1}{\sqrt{3}}$,把長(zhǎng)木板的一端向上抬起,當(dāng)長(zhǎng)木板與水平面的夾角為多少時(shí),木塊將要滑下來(lái)?(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

7.在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時(shí),采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置.小車(chē)及車(chē)中的砝碼質(zhì)量用M表示,盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量用m表示.

(1)若已平衡好摩擦,在小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中繩子拉力T=$\frac{M}{M+m}$mg,當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M>>m時(shí),才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和砝碼的重力.
(2)某一組同學(xué)先保持盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn),其具體操作步驟如下,以下做法正確的是C.
A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將盤(pán)及盤(pán)中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上
B.每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí),需要重新平衡摩擦力
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放開(kāi)小車(chē)
D.用天平測(cè)出m以及小車(chē)質(zhì)量M,小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
(3)某小組同學(xué)保持小車(chē)及車(chē)中的砝碼質(zhì)量M一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系,由于他們操作不當(dāng),這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖2所示,其原因是:①平衡摩擦力不夠或沒(méi)有平衡摩擦力;②沒(méi)有滿足M>>m(寫(xiě)2點(diǎn)原因,每點(diǎn)1分)

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