Question

如圖所示，x軸與水平傳送帶重合，坐標(biāo)原點O在傳送帶的左端，傳送帶長L＝8m，傳送帶右端Q點和豎直光滑圓軌道的圓心在同一豎直線上，皮帶勻速運動的速度v₀＝5m/s。一質(zhì)量m＝1kg的小物塊輕輕放在傳送帶上x_P＝2m的P點，小物塊隨傳送帶運動到Q點后恰好能沖上光滑圓弧軌道的最高點N點。小物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，重力加速度g＝10 m/s²。求：

（1）N點的縱坐標(biāo)；
（2）從P點到Q點，小物塊在傳送帶上運動系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；
（3）若將小物塊輕放在傳送帶上的某些位置，小物塊均能沿光滑圓弧軌道運動（小物塊始終在圓弧軌道運動不脫軌）到達縱坐標(biāo)y_M=0.25m的M點，求這些位置的橫坐標(biāo)范圍。

Answer 1

1m  12.5J  7m≤x≤7 .5m和0≤x≤5 .5m

試題分析：可先求出P到Q過程的加速度，在根據(jù)運動學(xué)公式列式求解出Q點的速度；在N點，重力恰好提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律和勻速圓周運動公式可求出半徑，求出摩擦力和相對位移可根據(jù)Q=f?△S求出熱量．當(dāng)物塊能到達N點時不會脫離軌道，若能到達的高度超過半徑又沒到達N點則會脫離軌道，若能到達高度不超過半徑則不會脫離軌道，可根據(jù)能量守恒求出對應(yīng)的位移，從而求出坐標(biāo)；
小物塊在傳送帶上的加速度
小物塊與傳送帶共速時，所用的時間
運動的位移
故有：
由機械能守恒定律得，解得
（2）小物塊在傳送帶上相對傳送帶滑動的位移

產(chǎn)生的熱量
（3）設(shè)在坐標(biāo)為x₁處將小物塊輕放在傳送帶上，若剛能到達圓心右側(cè)的M點，由能量守恒得：
μmg(L－x₁)＝mgy_M       
代入數(shù)據(jù)解得x₁＝7.5 m
μmg(L－x₂)＝mgy_N   
代入數(shù)據(jù)解得x₂＝7 m
若剛能到達圓心左側(cè)的M點，由(1)可知x₃＝5.5 m