力學篇05置換參考系巧解傳送帶劃痕問題-高考物理答題技巧與模型

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁高中物理解題技巧之力學篇05置換參考系巧解傳送帶劃痕問題一、必備知識1、受力分析（1）“帶動法”判斷摩擦力方向：同向快帶慢、反向互相阻；（2）共速要突變的三種可能性：①滑動摩擦力突變?yōu)榱悖虎诨瑒幽Σ亮ν蛔優(yōu)殪o摩擦力；③方向突變。2、運動分析（1）參考系的選擇：物體的速度、位移、加速度均以地面為參考系；痕跡指的是物體相對傳送帶的位移。（2）判斷共速以后一定與傳送帶保持相對靜止作勻速運動嗎？（3）判斷傳送帶長度——臨界之前是否滑出？3、畫圖畫出受力分析圖和運動情景圖，特別是畫好v-t圖像輔助解題，注意摩擦力突變對物體運動的影響，注意參考系的選擇。2.應用技巧1．已知傾斜傳送帶的傾角為37°，逆時針轉(zhuǎn)動的速率為10m/s，如圖所示，煤塊零時刻輕放在傳送帶頂端，煤塊和傳送帶動摩擦因數(shù)為μ=0.5，傳送帶電機輪尺寸大小不計，兩端電機輪間距離為L=16m，求煤塊運動到傳送帶下端時傳送帶上的劃痕長度d和煤塊相對傳送帶的位移x。三、實戰(zhàn)應用(應用技巧解題，提供解析僅供參考)2．如圖所示，傳送帶以6m/s勻速率順時針運動，現(xiàn)將一質(zhì)量為2kg的滑塊輕輕放置于傳送帶的左端，當滑塊速度達到6m/s時，突然斷電，傳送帶以大小為4m/s2的加速度勻減速運動至停止。已知滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.2，傳送帶足夠長，重力加速度大小取g=10m/s2，則滑塊從放上去到最后停下的過程中，下列說法正確的是（）A．滑塊先勻加速后與傳送帶無相對滑動一起勻減速B．滑塊受到的摩擦力一直不變C．滑塊在傳送帶上留下的劃痕為13.5mD．全程滑塊與傳送帶間產(chǎn)生的熱量為54J3．如圖所示，有兩個相互垂直且等高的水平傳送帶M和N，傳送帶M、N做勻速直線運動的速度大小分別為0.6m/s、0.8m/s，方向均已在圖中標出，一小煤塊（視為質(zhì)點）離開傳送帶M前已經(jīng)與傳送帶M的速度相同，并平穩(wěn)地傳送到傳送帶N上。小煤塊的質(zhì)量為1kg，與傳送帶N的動摩擦因數(shù)為0.2，取重力加速度大小，傳送帶N的寬度足夠大。下列說法正確的是（）A．小煤塊傳送到傳送帶N前的瞬間，相對傳送帶N的速度大小為1.4m/sB．小煤塊傳送到傳送帶N上后，經(jīng)1s與傳送帶N保持相對靜止C．小煤塊在傳送帶N上滑動的劃痕是直線，其長度為0.25mD．小煤塊在傳送帶N上滑動的過程中，因摩擦產(chǎn)生的熱量為1J4．如圖所示，水平傳送帶AB間的距離為16m，質(zhì)量分別為2kg、4kg的物塊P、Q，通過繞在光滑定滑輪上的細線連接，Q在傳送帶的左端且連接物塊Q的細線水平，當傳送帶以8m/s的速度逆時針轉(zhuǎn)動時，Q恰好靜止。重力加速度g＝10m/s2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當傳送帶以8m/s的速度順時針轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（）A．Q與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.6B．Q從傳送帶左端滑到右端所用的時間為2.4sC．整個過程中，Q相對傳送帶運動的距離為4.8mD．Q從傳送帶左端滑到右端的過程細線受到的拉力為20N5．如圖所示，傳送帶以10m/s的速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動，兩側(cè)的傳送帶長都是16m，且與水平方向的夾角均為37°?，F(xiàn)有兩個滑塊A、B（可視為質(zhì)點）從傳送帶頂端同時由靜止滑下，已知滑塊A、B的質(zhì)量均為1kg，與傳送帶間動摩擦因數(shù)均為0.5，取重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。下列說法正確的是（）A．滑塊A先做勻加速運動后做勻速運動B．滑塊A、B同時到達傳送帶底端C．滑塊A、B到達傳送帶底端時的速度大小相等D．滑塊A在傳送帶上的劃痕長度為5m6．如圖所示，水平地面上有一傾角為θ=37°的傳送帶，以v0=16m/s的速度逆時針勻速運行。將一煤塊從h=33.6m的高臺從靜止開始運送到地面，煤塊可看做質(zhì)點，已知煤塊的質(zhì)量為m=1kg，煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.25，重力加速度為g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8.煤塊由高臺運送到地面的過程中，下列說法正確的是（）A．運送煤塊所用的時間為4.5s B．摩擦力對煤塊做的功為-48JC．煤塊相對傳送帶運動而產(chǎn)生的劃痕長8m D．煤塊與傳送帶之間因摩擦產(chǎn)生的熱量為16J7．質(zhì)量為1kg的物塊M水平向右滑上逆時針轉(zhuǎn)動的傳送帶如圖甲所示，物塊的v－t圖像如圖乙所示。在整個運動過程中，以下說法不正確的是（g=10m/s2）（

）A．物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2B．整個過程中物塊在傳送帶上留下的劃痕長度為9mC．物塊與傳送帶的相對位移大小為3m，相對路程為9mD．運動過程中摩擦生熱為18J8．如圖所示，一足夠長的傳送帶傾斜放置，傾角θ=37°，以恒定速率v=4m/s順時針轉(zhuǎn)動。一煤塊以初速度v0=12m/s從A端沖上傳送帶，煤塊與傳送帶之間動摩擦因數(shù)μ=0.25，取g=10m/s2，sin37°=0.6、cos37°=0.8。則下列說法正確的是（）A．煤塊沖上傳送帶后經(jīng)1s與傳送帶速度相同B．煤塊向上滑行的最大位移為10mC．煤塊從沖上傳送帶到返回A端所用的時間為5sD．煤塊在傳送帶上留下的痕跡長為（）m9．如圖所示，與水平地面的夾角為的傳送帶以恒定速率逆時針轉(zhuǎn)動，其上端固定一距離地面高度為的平臺?，F(xiàn)將質(zhì)量的煤塊（可視為質(zhì)點）輕放在傳送帶底端（此時記為時刻），同時平臺上的人通過一根輕繩用恒力沿傳送帶方向向上拉煤塊，在時撤去拉力。設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，已知煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)，取，，，則下列說法正確的是（）A．時煤塊的加速度大小為B．或時煤塊與傳送帶的速度大小相等C．傳送帶上劃痕的長度為D．煤塊與傳送帶之間由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為10．如圖所示是長的水平傳送帶，其左端有一質(zhì)量的物塊，系統(tǒng)靜止。某時刻開動電機使傳送帶以某一加速度啟動，當傳送帶的速度增加到時即勻速運行。已知物塊和傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.25，可以認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取。則下列說法正確的是（）A．若傳送帶以的加速度啟動，物塊和傳送帶間不會發(fā)生相對滑動B．若傳送帶以的加速度啟動，物塊在傳送帶上留下的劃痕長為C．若傳送帶以的加速度啟動，物塊和傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的熱為D．無論傳送帶以多大的加速度啟動，物塊和傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的熱不超過11．如圖所示，工廠利用皮帶傳輸機把貨物從地面運送到高出水平地面的平臺上，平臺離地面的高度一定。運輸機的皮帶以一定的速度順時針轉(zhuǎn)動且不打滑。將貨物輕輕地放在處，貨物隨皮帶到達平臺，貨物在皮帶上相對皮帶滑動時會留下一定長度的痕跡。已知所有貨物與皮帶間的動摩擦因數(shù)為.若皮帶的傾角、運行速度和貨物質(zhì)量都可以改變，且始終滿足.可以認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力（）A．當傾角一定時，若增大運行速度，則運送時間一定變短B．當傾角一定時，若增大運行速度，皮帶上留下的痕跡一定變長C．當傾角和速度一定時，貨物質(zhì)量越大，皮帶上留下的痕跡越長D．當傾角和速度一定時，貨物質(zhì)量越大，皮帶上摩擦產(chǎn)生的熱越多12．如圖甲所示，水平傳送帶逆時針勻速轉(zhuǎn)動，一質(zhì)量為m=2kg的小物塊（可視為質(zhì)點）以某一速度從傳送帶的最左端滑上傳送帶。取向右為正方向，以地面為參考系，從小物塊滑上傳送帶開始計時，其運動的v-t圖像如圖乙所示，g取10m/s2。則（）A．小物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.2B．3s內(nèi)小木塊受到的沖量為-6N·sC．物塊與皮帶間由于摩擦產(chǎn)生的熱量Q=9JD．若滑塊在傳送帶上能留下劃痕，長度為5.5m13．如圖所示，AB、CD為兩個光滑的平臺，一傾角為37°，長為5m的傳送帶與兩平臺平滑連接．現(xiàn)有一小煤塊以10m/s的速度沿平臺AB向右運動，當傳送帶靜止時，小煤塊恰好能滑到平臺CD上，則下列說法正確的是（重力加速度g=10m/s2，sin370=0.6，cos370=0.8）（

）A．小煤塊跟傳送帶間的動摩擦因數(shù)ì=0.5B．當小煤塊在平臺AB上的運動速度v=4m/s時，無論傳送帶勻速運動的速度多大，小物體都不能到達平臺CDC．若小煤塊以v=8m/s的速度沿平臺AB向右運動，傳送帶至少要以3m/s的速度順時針運動，才能使小物體到達平臺CDD．若小煤塊以v=8m/s的速度沿平臺AB向右運動，傳送帶以4m/s的速度順時針運動時，傳送帶上留下的痕跡長度為2.4m答案第=page11頁，共=sectionpages22頁答案第=page11頁，共=sectionpages22頁參考答案：1．5m，4m【詳解】煤塊剛放上傳送帶時，傳送帶對煤塊的滑動摩擦力方向沿斜面向下，大小為運動加速度大小為則煤塊速度達到傳送帶速度的時間為位移為煤塊速度達到傳送帶速度后，傳送帶對煤塊的滑動摩擦力方向沿斜面向上，大小為運動加速度大小根據(jù)運動學公式則有解得則煤塊從A端運動到傳送帶下端所經(jīng)歷的時間為煤塊速度達到傳送帶速度時，相對位移大小煤塊與傳送帶同速后運動到傳送帶下端時相對位移的大小煤塊從A端運動到傳送帶下端時留下的痕跡長度煤塊從A端運動到傳送帶下端時相對傳送帶的位移的大?。?）應用“置換參考系”的方法進行處理以地面為參考系在同一v-t圖像中畫出煤塊和傳送帶的速度-時間圖像，如圖1所示。以傳送帶為參考系，v-t圖像換參法則：將參考系速度線平移至橫軸，如圖2所示，由圖2可知，以傳送帶為參考系，0~1s煤塊相對于傳送帶反向運動劃痕長度S1=m=5m1~2s煤塊相對于傳送帶正向運動劃痕長度S2=m=1m由此可知，煤塊在傳送帶上的劃痕重疊了S2=1m所以煤塊從A端運動到傳送帶下端時留下的痕跡長度為d=S1=5m相對位移為x=S1-S2=（5-1）m=4m2．D【詳解】A．物塊在傳送帶上先做勻加速直線運動，當達到傳送帶速度6m/s時，傳送帶開始勻減速，加速度大小為4m/s2，而物塊的最大加速度為所以物塊不能和傳送帶無相對滑動一起勻減速，故A錯誤；B．滑塊受到傳送帶的摩擦力一直為滑動摩擦力，但是方向先向右，達到6m/s后摩擦力向左，故B錯誤；C．勻加速階段，有解得所以滑塊的位移為傳送帶的位移為故在勻加速階段劃痕長度為滑塊勻減速階段的加速度大小與勻加速階段加速度大小相等，且末速度為零，所以勻減速位移的大小與勻加速階段的位移大小相等，即傳送帶的位移為故勻減速階段的劃痕長度為由此可知，滑塊在傳送帶上的劃痕長度為9m，故C錯誤；D．全過程中摩擦生的熱為故D正確。故選D。3．C【詳解】A．小煤塊傳送到傳送帶N前的瞬間，相對傳送帶N的速度大小選項A錯誤；B．小煤塊在傳送帶N上滑動的過程中，其所受滑動摩擦力大小方向如圖所示。小煤塊相對傳送帶N做勻減速直線運動，其加速度大小從小煤塊滑上傳送帶N到小煤塊與傳送帶N保持相對靜止的時間選項B錯誤；C．設小煤塊在傳送帶N上滑動的劃痕的長度為x，根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律有解得選項C正確：D．小煤塊在傳送帶N上滑動的過程中，因摩擦產(chǎn)生的熱量選項D錯誤。故選C。4．C【詳解】A．當傳送帶以v=8m/s逆時針轉(zhuǎn)動時，Q恰好靜止不動，對Q受力分析知解得A錯誤；B．當傳送帶突然以v=8m/s順時針轉(zhuǎn)動，做初速度為零的勻加速直線運動，有解得當速度達到傳送帶速度即8m/s后，做勻速直線運動，勻加速的時間為解得勻加速的位移為則勻速運動的時有Q從傳送帶左端滑到右端所用的時間為B錯誤；C．加速階段的位移之差為即整個過程中，Q相對傳送帶運動的距離為4.8m，C正確；D．當Q加速時，對P分析有解得之后做勻速直線運動，有D錯誤。故選C。5．D【詳解】AB．兩物塊都以10m/s的初速度沿傳送帶下滑，且故傳送帶對兩物體的滑動摩擦力均沿斜面向上，大小也相等，故兩物體沿斜面向下的加速度大小相同，為物塊A先加速，加速到傳送帶速度所需位移為所需時間為加速到傳送帶速度后，由于故不能和傳送帶保持相對靜止，摩擦力反向，之后加速度為加速到傳送帶底端解得時間到達底端共用時B物塊一直以加速度加速至傳送帶底端解得AB錯誤；C．A到達底端時的速度為B到達底端時的速度為C錯誤；D．加速到傳送帶速度之時的相對位移為加到傳送帶速度以后，相對位移為物塊比傳送帶速度快，會覆蓋之前的劃痕，滑塊A在傳送帶上的劃痕長度為，D正確。故選D。6．B【詳解】A．設傳動帶的長度為L解得煤塊剛放上傳動帶時，受到的滑動摩擦力沿斜面向下，根據(jù)牛頓第二定律得解得則煤塊從0加速到與傳送帶共速需要煤塊的位移為由于可知煤塊與傳送帶共速后繼續(xù)做勻加速運動，摩擦力沿斜面向上，根據(jù)牛頓第二定律得解得根據(jù)解得共計4s，A錯誤；B．摩擦力大小為第-過程摩擦力對煤塊做功第二個過程摩擦力對煤塊做功故摩擦力對全程對煤塊做功為-48J，B正確；C．第一個過程傳動帶的位移為煤塊與傳送帶的相對位移為第二個過程傳送帶的位移相對位移第一個過程傳送帶運動快，第二個過程煤塊運動快，煤塊在傳動帶上的劃痕應為16m，C錯誤；D．第一個過程摩擦生熱為第二個過程摩擦生熱為故總產(chǎn)熱D錯誤。故選B。7．C【詳解】A．由圖知，物塊運動的加速度大小為根據(jù)牛頓第二定律得可得故A正確；B．由圖知，傳送帶的速度為在0-3s內(nèi)，傳送帶的位移方向向左；根據(jù)圖象的“面積”表示位移，可得0-3s內(nèi)，物塊運動的位移大小為方向向右，則整個過程中物塊在傳送帶上留下的劃痕長度為故B正確；C．0-3s內(nèi)，由于物塊相對于傳送帶來說一直向右運動，所以物塊與傳送帶的相對位移大小和相對路程都為9m，故C錯誤；D．運動過程中摩擦生熱為故D正確；不正確的故選C。8．ABD【詳解】A．對煤塊先做勻減速，由牛頓第二定律可得解得設經(jīng)t時間與傳送帶共速，由解得故A正確；B．共速后，摩擦力方向向上，由牛頓第二定律解得煤塊先以12m/s的初速度，8m/s2的加速度減速至4m/s，后又以4m/s2的加速度減速至0，再反向加速至回到A點，v-t圖像如圖所示由圖像煤塊上升到最高點的位移大小等于速度時間圖線與時間軸所包圍的面積的大小故B正確；C．物塊上升到最高點后反向向下做初速度為零，加速度為的勻加速直線運動，設返回到A點所需的時間為t1，下滑的位移解得結合圖像知，物塊從沖上傳送帶到返回A端所用時間為故C錯誤；D．在0到1s內(nèi)傳送帶比物塊速度慢，則滑塊在傳送帶上的劃痕為此時劃痕在物塊的下方，在1s到2s內(nèi)，傳送帶速度比物塊速度大，則因為L2<L1，所以在上升階段產(chǎn)生的劃痕為4m，此時煤塊在產(chǎn)生的劃痕的中點，在2s到時間內(nèi)，煤塊向下滑了10m，傳送帶向上滑了，則煤塊在傳送帶上的劃痕為故D正確。故選ABD。9．BD【詳解】A．規(guī)定沿傳送帶向上的方向為正方向，煤塊剛放到傳送帶上時，對煤塊根據(jù)牛頓第二定律可得代入數(shù)據(jù)解得A錯誤；BC．當煤塊與傳送帶共速時，有解得內(nèi)煤塊的位移為煤相對于傳送帶向下滑動的位移為煤塊與傳送帶共速之后，對煤塊根據(jù)牛頓第二定律可得解得拉力的作用時間為時煤塊的速度為內(nèi)煤塊的位移為煤塊相對于傳送帶向上滑動的位移為之后撤去拉力，對煤塊根據(jù)牛頓第二定律可得解得當煤塊減速到又與傳送帶共速時有解得時間內(nèi)煤塊運動的位移為煤塊相對于傳送帶向上滑動的位移為煤塊運動的總位移為根據(jù)可知此時煤塊恰好運動到傳送帶頂端，綜上可得，煤塊與傳送帶共速的時刻為或，劃痕的長度只有，B正確，C錯誤；D．煤塊相對傳送帶滑動的總路程為因此煤塊與傳送帶之間由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為D正確；故選BD。10．AD【詳解】A．假設物塊和傳送帶間發(fā)生相對滑動，由牛頓第二定律假設不成立，物塊和傳送帶間不會發(fā)生相對滑動，故A正確；B．同理假設成立，物塊和傳送帶間發(fā)生相對滑動，物塊的位移物塊沒到傳送帶的最右端已經(jīng)共速，然后一起做勻速直線運動物塊運動的時間傳送帶先做勻加速直線運動，達到2m/s后做勻速直線運動。傳送帶勻加速的位移傳送帶勻加速的時間傳送帶勻速的位移傳送帶的總位移物塊在傳送帶上留下的劃痕長度，就是物塊與傳送帶之間的相對位移故B錯誤；C．由摩擦生熱公式故C錯誤D．無論傳送帶的加速度多大，傳送帶的位移故D正確。故選AD。11．BD【詳解】