高中 | 匀变速直线运动的速度位移公式 题目答案及解析

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必修1

第二章 匀变速直线运动的研究

2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系

匀变速直线运动的速度位移公式

义乌作为世界小商品城,快递业务量居全国县级市首位,物流自动化水平逐年提高。如图为某快递分拣中心装车部分的示意图。$A$处为某一区域快递的分拣口,$AB$段斜面长度$L_{AB}=4.0\;\rm m$,斜面倾角$\theta=37^\circ $$BC$段使用水平传送带装置,$BC$长度$L_{BC}=2.4\;\rm m$,斜面和传送带之间由一段不计长度的光滑圆弧连接。传送带末端$C$点距车厢尾端的水平距离$s=1.0\;\rm m$,距车厢底面的高度$h=0.8\;\rm m$,物件与斜面和水平传送带之间的动摩擦因数均为$\mu =0.5$。设物件以沿斜面$v_{0}=3\;\rm m/s$的速度从分拣口$A$点滑下,通过水平传送带后经$C$点被水平抛出,落在车厢上的不同位置(物件尺寸大小可忽略)。

求出物件到达$B$点时的速度大小;

[["

$v_{B}=5\\;\\rm m/s$

"]]

物件在斜面上运动,有$mg\sin\theta-\mu _{2}mg\cos\theta=ma_{1}$

解得$a_{1}=2\;\rm m/s^{2}$

$v_{B}^{2}-v_{0}^{2}=2a_{1}L_{AB}$

$v_{B}=5\;\rm m/s$

当传送带静止时,物件是否能落到车内?试求落点距车尾端的距离;

[["

不能,车尾左侧$0.6\\;\\rm m$处;

"]]

若传送带静止,物件在传送带上做减速运动,有$\mu mg=ma_{2}$

解得$a_{2}=5\;\rm m/s^{2}$

$v_{C}^{2}-v_{B}^{2}=-2a_{2}L_{BC}$

$v_{C}=1\;\rm m/s$

物件经$C$点水平抛出:竖直方向$h=\dfrac{1}{2}gt^{2}$

解得$t=0.4\;\rm s$

水平方向$x=v_{C}t=0.4\;{\rm m}\lt s$

所以物件不能落入车内,落点在车尾左侧$0.6\;\rm m$处;

若传送带速度可调,要使物件从$C$点抛出后落到车上,车厢长度$L=9\;\rm m$。试讨论物件在车厢内的落点到汽车尾端的水平距离$x$与传送带速度$v$之间的关系,并画出$x$$v$的关系图像(需在图像上标明必要的坐标)。

[["

见解析,

"]]

若物件恰好落入车内,有$s=vt$

解得$v=2.5\;\rm m/s$

若物件在传送带上一直加速$v^{2}-v_{B}^{2}=2a_{2}L_{BC}$

解得$v=7\;\rm m/s$

$v\leqslant 2.5\;\rm m/s$时,物件不能落入车厢内;

$2.5\;{\rm m/s}\lt v\lt 7\;\rm m/s$时,物件在车厢内的落地点离汽车尾端的距离

$x=0.4v-1$$\rm m$

$v\geqslant 7\;\rm m/s$时,物件在车厢内的落地点离汽车尾端的距离$\Delta x=vt-s=1.8\;\rm m\lt 9\;\rm m$

落在车内距车尾$1.8\;\rm m$

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