解题思路:(1)由牛顿第二定律可求得米的加速度,因米袋的最大速度只能为5m/s,则应判断米袋到达B点时是否已达最大速度,若没达到,则由位移与速度的关系可求得B点速度,若达到,则以5m/s的速度冲上CD;在CD面上由牛顿第二定律可求得米袋的加速度,则由位移和速度的关系可求得上升的最大距离;
(2)县由牛顿第二定律求出下滑加速度,由运动学公式求的到达C点速度,在由运动学公式求的距离
(3)米袋在CD上应做减速运动,若CD的速度较小,则米袋的先减速到速度等于CD的速度,然后可能减小到零,此为最长时间;而若传送带的速度较大,则米袋应一直减速,则可求得最短时间;
(1)米袋在AB上加速时的加速度为:a0=[μmg/m=μg=5m/s2
米袋的速度达到v0=5m/s时,滑行的距离为:s0=
v20
2a0]=2.5m<AB=3m,
因此米袋在到达B点之前就有了与传送带相同的速度
设米袋在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据得:a=10 m/s2
所以能滑上的最大距离为:s=
v20
2a=
52
2×10m=1.25m
(2)米袋下滑的加速度为:mgsinθ-μmgcosθ=ma1
代入数据解得:a1=2m/s2
下滑到C点速度为:v=
2a1x=
2×2×4.45m/s=
17.8m/s
故在AB传送带上前进位移为:x′=
v2
2a0=
17.8
2×5m=1.78m
故距B点距离为1.78m
(3)设CD部分运转速度为v1时米袋恰能到达D点(即米袋到达D点时速度恰好为零),则米
袋速度减为v1之前的加速度为:a1=-g(sinθ+μcosθ)=-10 m/s2
米袋速度小于v1至减为零前的加速度为:a2=-g(sinθ-μcosθ)=-2 m/s2
由
v21
−v20
2a1+
0
−v21
2a2=4.45m
解得 v1=4m/s,即要把米袋送到D点,CD部分的速度vCD≥v1=4m/s
米袋恰能运到D点所用时间最长为:tmax=
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题难点在于通过分析题意找出临条界件,注意米袋在CD段所可能做的运动情况,从而分析得出题目中的临界值为到达D点时速度恰好为零;本题的难度较大.