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必修1
第四章 牛顿运动定律
4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)
斜面问题
如图所示,一足够长的传送带倾角为$\theta$,以恒定速率$v_{1}$顺时针方向转动,皮带始终处于绷紧状态。$t=0$时刻物块从顶端以初速度$v_{2}$向下冲上传送带,且$v_{2} \gt v_{1}$,物块与传送带之间的动摩擦因数$\mu \gt \tan \theta$。从放上物块开始计时,物块的动能$E_\rm{k}$与位移$x$的关系图像、电动机由于传送物块多消粍的电能$W$与时间$t$的关系图像可能正确的是$(\qquad)$
$\rm AB$.由于$\mu \gt \tan \theta$,物块向下做匀减速直线运动时的加速度大小为$a=\dfrac{\mu mg\cos\theta-mg\sin\theta}{m}=\mu g\cos\theta-g\sin\theta$
当物块向下减速为$0$后,物块反向做加速度也为$a$的匀加速直线运动,由于$v_{2} \gt v_{1}$,则物块加速到速度与初速度共速$v_{1}$后,与传送带保持相对静止运动运动到顶端;根据对称性可知,$E_{\rm k} − x$图像中动能减小过程和动能增加过程,图像的斜率绝对值相等,最后物块的动能小于初动能,故$\rm AB$错误;
$\rm CD$.电动机由于传送物块多消粍的电能等于传送带克服摩擦力做的功,在物块与传送带共速前,有$P=\dfrac{W}{t}=\mu mg\cos\theta \cdot v_{1}$
物块与传送带共速后,有$P'=\dfrac{W'}{t'}=f_{静}v_{1}=mg\sin\theta \cdot v_{1}$
可得$P \gt P'$
可知$W − t$图像中,共速前图像的斜率大于共速后图像的斜率,故$\rm C$错误,$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
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