解题思路:(1)由公式u=ωr,求解皮带轮转动的角速度.
(2)物块滑到圆弧轨道底端的过程中,由动能定理求出物块滑到轨道底端时的速度,由牛顿第二定律求解物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的作用力.
(3)分析物块传动带带后的运动过程:物块滑上传送带后做匀减速直线运动,由牛顿第二定律和运动学公式结合求出物块匀减速到速度为零时运动的最大距离,与L的大小进行比较,判断物块将从传送带的哪一端离开传送带,再求出物块在传送带上克服摩擦力所做的功.
(1)皮带轮转动的角速度,由u=ωr,得ω=
u
r=15rad/s.
(2)物块滑到圆弧轨道底端的过程中,由动能定理得mgR=
1
2m
v20
解得v0=
2gR=4m/s
在圆弧轨道底端,由牛顿第二定律得F−mg=m
v20
R
解得物块所受支持力F=60N
由牛顿第三定律,物块对轨道的作用力大小为60N,方向竖直向下.
(3)物块滑上传送带后做匀减速直线运动,设加速度大小为a,
由牛顿第二定律得 μmg=ma
解得a=μg=1m/s2
物块匀减速到速度为零时运动的最大距离为s0=
v20
2a=8m>L=6m
可见,物块将从传送带的右端离开传送带.
物块在传送带上克服摩擦力所做的功为W=μmgL=12J.
答:
(1)皮带轮转动的角速度15rad/s.
(2)物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的作用力为60N;
(3)物块将从传送带的右端离开传送带.物块在传送带上克服摩擦力所做的功为12J
点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律;牛顿第三定律.
考点点评: 弄清楚物体的运动过程和受力情况是解题关键.:①物块沿光滑圆弧下滑的过程,机械能守恒;②物块在传送带上做匀减速直线运动.