题号:5815    题型:解答题    来源:2022届新高考物理模拟试卷(广东卷)
如图所示, 与水平面夹角 $\theta=37^{\circ}$ 的倾斜传送带以 $v_0=2$
$\mathrm{m} / \mathrm{s}$ 的速度沿顺时针方向转动, 小物块 $A$ 从传送带顶端无初速度释放的同时, 小物 块 $B$ 以 $v_1=8 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ 的速度从底端滑上传送带. 已知小物块 $A 、 B$ 质量均为 $m=1$
$\mathrm{kg}$, 与传送带间的动摩擦因数均为 $\mu=0.5$, 小物块 $A 、 B$ 末在传送带上发生碰撞, 重力加速度 $g$ 取 $10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2, \sin 37^{\circ}=0.6, \cos 37^{\circ}=0.8$. 求:
(1)小物块 $B$ 向上运动过程中平均速度的大小:
(2)传送带的长度 $l$ 应满足的条件.
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答案:
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解析: (1) 对小物块 $B$ 由牛顿第二定律得
$m g \sin \theta+\mu m g \cos \theta=m a_1$
解得 $a_1=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$
小物块 $B$ 减速至与传送带共速的过程中,
时间 $t_1=\frac{v 1-v 0}{a 1}=0.6 \mathrm{~s}$
位移 $s_1=\quad=3 \mathrm{~m}$

之后, 小物块 $B$ 的速度小于传送带的速度, 其所受滑动摩擦力沿传送带向 上, 由牛顿第二定律得
$m g \sin \theta-\mu m g \cos \theta=m a_2$,
解得 $a_2=2 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$
小物块 $B$ 减速至 0 的时间 $t_2=\frac{v 0}{a 2}=1 \mathrm{~s}$
位移 $s_2=\quad=1 \mathrm{~m}$
小物块 $B$ 向上运动过程中平均速度 $v=\frac{s 1+s 2}{t 1+t 2}=2.5 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$
(2) 小物块 $A$ 的加速度也为 $a_2=2$
$\mathrm{m} / \mathrm{s}^2$, 小物块 $B$ 开始加速向下运动时, 小物块 $A$ 已经具有向下的速度, 二者加速 度大小相等, 要使二者不相碰, 应在小物块 $B$ 滑下传送带后, 小物块 $A$ 到达传送

带底端. 当小物块 $B$ 刚泻下传送带时, 小物块 $A$ 恰好运动至传送带底端, 此时传
送带长度最小, 最小长度 $l_0=\frac{1}{2} a_2 t^2$
小物块 $B$ 向下运动过程 $s_1+s_2=\frac{1}{2} a_2 t 3$
解得 $t_3=2 \mathrm{~s}$
则 $t=t_1+t_2+t_3=3.6 \mathrm{~s}$
代入解得 $I_0=12.96 \mathrm{~m}$,
即传送带的长度 $l \ge 12.96 \mathrm{~m}$
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