解题思路:(1)对全过程运用动能定理,求出滑块沿弧形槽上升的最大高度.(2)根据机械能守恒定律求出B的速度,结合牛顿第二定律求出支持力的大小.(3)为使滑块能在b轮最高点C离开传送带飞出,根据牛顿第二定律求出C点的最小速度,结合牛顿第二定律和运动学公式求出B点的最小速度,通过动能定理求出拉力作用的最短距离.
(1)根据动能定理有WF+WG+Wf=Ek-Ek0=0
即:Fs-mgh-μmgs=0,代入数值解得h=1.05m
(2)从高点滑回B点过程中,根据机械能守恒定律有mgh=
1
2m
v2B
在B点有 NB-mg=m
v2B
R,
解以上两式得NB=mg+2mg
h
R=13.4N
(3)根据题意,滑块要从b轮最高点C离开传送带飞出,则滑块运动至C点的速度最小为 mg=m
v2c
r,
即vC=
gr=
10×0.4m/s=2m/s
由于传送带的速度v带=rω=6m/s,滑块在B点的速度0
2gh,要使滑块从C点以2m/s飞出,
可分析,滑块在传送带上从B到C做匀加速运动.
根据牛顿第二定律,可得加速度a=
f
m=
μmg
m=μg=1m/s2
为了使滑块运动到C点时速度大于2m/s,则B点的速度最小为:
v2c-
v2Bmin=2as,
代入数据可得
v Bmin=1m/s
设拉力F作用的最短距离为x,则根据动能定理Fx-fs=
1
2m
v2Bmin-0
代入数据可以求得x=0.25m
答:(1)滑块沿弧形槽上升的最大高度为1.05m.
(2)轨道对滑块的支持力为13.4N.
(3)拉力F作用的最短距离为0.25m.
点评:
本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.
考点点评: 本题综合考查了动能定理、机械能守恒定律和牛顿第二定律,关键理清滑块的运动过程,运用合适的规律进行求解.