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简答题

如图所示为仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平,A、B两端相距3m,另一台倾斜,传送带与地面的倾角θ=37°,C、D相距4.45m,B、C相距很近.水平部分AB以 v0=5m/s的速率顺时针匀速转动.将质量为10kg的一袋大米无初速度地放在A端,到达B端后,速度大小不变地传到倾斜的CD部分,米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.

(1)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带所能上升的最大距离.

(2)若要米袋能被传送到D端,求CD部分顺时针运转的最小速度,以及米袋从C端到 D端所用的最长时间.

正确答案

(1)米袋在AB上加速时的加速度a0==μg=5m/s2

米袋的速度达到v0=5m/s时,滑行的距离s0==2.5m<AB=3m,因此米袋在到达B点之前就与传送带达到共速.

设米袋在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得,

mgsinθ+μmgcosθ=ma

代入数据得a=10m/s2

所以米袋沿传送带所能上升的最大距离s==1.25m.

(2)设CD部分运转速度为v时米袋恰能到达D点(即米袋到达D点时速度恰好为零),则米袋速度减为v之前的加速度为a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2

米袋速度小于v至减为零前的加速度大小为a2=gsinθ-μgcosθ=2m/s2

+=4.45m.

解得v=4m/s,即要把米袋送到D点,CD部分顺时针运转的最小速度为4m/s.

米袋恰能运到D点所用时间最长为tm=+=2.1s.

答:(1)米袋沿传送带所能上升的最大距离为1.25m.

(2)CD部分顺时针运转的最小速度为4m/s,米袋从C端到 D端所用的最长时间为2.1s.

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某学校探究性学习小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究.他们让这辆小车在水平的地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图所示的v一t图象.已知小车在0-2s内做匀加速直线运动,2s一10s内小车牵引力的功率保持不变,在10s末通过遥控关闭小车的发动机.小车质量m=lkg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.求:

(1)小车关闭发动机继续滑行时所受阻力的大小;

(2)当速度为4.8m/s时小车的加速度;

(3)小车在加速运动过程中的总位移.

正确答案

(1)由图象可知,小车关闭发动机继续滑行时的加速度a1=2m/s2

所受阻力f=ma1=2N

(2)由图象可知,7-10s内小车做匀速直线运动,牵引力F1=f=2N

发动机的输出功率P=F1v1=12W

当速度为4.8m/s时,牵引力F2==2.5N

由牛顿第二定律F2-f=ma2得:a2=0.5m/s2

(3)小车在前2s内的位移:s1==4m

2-7s内,由动能定理得:

Pt2-fs2=mv22-mv12

s2=25m

加速阶段的总位移:s=s1+s2=29m     

答:(1)小车所受的阻力Ff是2N;

    (2)当速度为4.8m/s时小车的加速度为0.5m/s2; 

    (3)小车在加速运动过程中的总位移x是29m.

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2011年7月23日晚,甬温线永嘉站至温州南站间,北京南至福州D301次列车与杭州至福州南D3115次列车发生追尾事故,造成动车组运行以来的特重大铁路交通事故。事故发生前D3115次动车组正以20km/h的目视行车速度在发生事故的铁路上匀速行驶,而D301次动车组驶离永嘉站后,2分钟车速达到216km/h,便开始匀速行驶。不幸的是几分钟后就发生了追尾事故。

(1)如果认为D301次动车组以恒定加速度从静止驶离永嘉车站,求D301的启动加速度和加速距离分别是多少?

(2)已知动车组紧急制动的加速度为3m/s2,D301正常行驶后,为了避免事故发生,应至少距离D3115多远开始刹车才有可能避免事故发生?(20km/h≈5.6m/s)

正确答案

解:(1)由于D301次动车组2分钟车速达到216km/h,所以得:

m/s2km

(2)要想满足二车恰好不撞,则必须至少满足,D301追上D3115时二车速度相同,所以

,t=18.1s

二车之间的位移关系为:

m

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如图所示,质量M=20kg的物体从光滑曲面上高度H=0.8m处由静止释放,到达曲面底端时以水平方向的速度进入水平传送带.传送带由一电动机驱动,传送带的上表面匀速向左运动,运动速率为3.0m/s.已知物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.10.(g取10m/s2

(1)物体滑上传送带时的速度为多大?

(2)若两皮带轮之间的距离是6.0m,物体滑上传送带后立刻移走光滑曲面,物体将从哪一边离开传送带?通过计算说明你的结论.

(3)若皮带轮间的距离足够大,从M滑上到离开传送带的整个过程中,由于M和传送带间的摩擦而产生了多少热量?

正确答案

(1)物体沿曲面下滑的过程中机械能守恒,mgH=m

解得物体滑到底端时的速度v0==μg=4.0 m/s            

(2)以地面为参照系,物体滑上传送带后向右做匀减速运动直到速度为零,物体的加速度大小为:

a==μg=1.0m/s2          

物体从滑上传送带到相对地面速度减小到零,向右的位移

S1==8.0 m>6.0 m,表明物体将从右边离开传送带. 

(3)以地面为参考系,若两皮带轮间的距离足够大,则物体滑上传送带后向右做匀减速运动直到速度为零,后向左做匀加速运动,直到速度与传送带速度v相等后与传送带相对静止,从传送带左端掉下,其间物体的加速度大小和方向都不变,加速度大小

a==μg=1.0m/s2

取向右为正方向,从物体滑上传送带到与传送带相对静止的过程中,物体发生的位移

S1==3.5 m            

物体运动的时间为

t==7.0 s              

这段时间内皮带向左运动的位移S2=vt=21m 

物体相对于传送带滑行的距离△S=S1+S2=24.5 m      

物体与传送带相对滑动期间产生的热量

Q=Ff•△S=μMg•△S=490 J 

答:(1)物体滑上传送带时的速度为4.0m/s;

(2)若两皮带轮之间的距离是6.0m,物体滑上传送带后立刻移走光滑曲面,物体将从右侧离开传送带;

(3)若皮带轮间的距离足够大,从M滑上到离开传送带的整个过程中,由于M和传送带间的摩擦而产生了490 J的热量.

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简答题

武汉到南京的动车共3趟,每趟运行时间约3.5小时。把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,就是动车组,假设动车组运行过程中受到的阻力与其重力成正比,每节动车与拖车的质量都相等,每节动车的额定功率都相等。

(1)若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120 km/h;则6节动车加3节拖车编成的动车组的量大速度为多少?

(2)若动车组在匀加速运动过程中,通过第一个50 m所用时间是10 s,通过第二个50 m所用时间是6s,则动车组的加速度为多少?

正确答案

解:(1)设每节动车的功率为P,重力为G,阻力为kG

1节动车加3节拖车编成的动车组有P=F1v1

又F1=4kG

对6节动车3节拖车编成的动车组有6P=F2v2

又F2=9kG

将v1=120 km/h 代入解得v2=320 km/h

(2) 方法一:通过第一个50 m所用时间是10 s,中间时刻的速度

通过第二个50 m所用的时间是6s,中间时刻的速度

两个中间时刻的时间差为△t=8 s

加速度

方法二:动车在通过第一个50 m时有

动车在通过两个50 m时有

代入数据得a=0.42m/s2

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