如图所示为某钢铁厂的钢轨传送装置，斜坡长为L=20m，高为h=2m，斜坡上紧排着一排滚筒．长为l=8m、质量为m=1×103kg的钢轨ab放在滚筒上，钢轨与滚筒

题文

如图所示为某钢铁厂的钢轨传送装置，斜坡长为L=20m，高为h=2m，斜坡上紧排着一排滚筒．长为l=8m、质量为m=1×10³ kg的钢轨ab放在滚筒上，钢轨与滚筒间的动摩擦因数为μ=0.3，工作时由电动机带动所有滚筒顺时针匀速转动，使钢轨沿斜坡向上移动，滚筒边缘的线速度均为v=4m/s．假设关闭电动机的瞬时所有滚筒立即停止转动，钢轨对滚筒的总压力近似等于钢轨的重力．取当地的重力加速度g=10m/s²．试求：
（1）钢轨从坡底（如图示位置）从静止开始运动，直到b端到达坡顶所需的最短时间；
（2）钢轨从坡底（如图示位置）从静止开始运动，直到b端到达坡顶的过程中电动机至少要工作多长时间？

题型：未知 难度：其他题型

答案

（1）分析可知，欲使b端到达坡顶所需要的时间最短，需要电动机一直工作，则钢轨先做匀加速直线运动，当它的速度等于滚筒边缘的线速度后，做匀速直线运动．钢轨开始受到的滑动摩擦力为：
f₁=μmg=3×10³ N
根据牛顿第二定律  f₁-mg sinα=ma₁
解得：a₁=2 m/s²
钢轨开始做匀加速运动的时间为  t₁=va1=2 s
位移为  s₁=12a₁t₁²=4 m
钢轨做匀速直线运动的位移为 s₂=L-l-s₁=8 m
做匀速直线运动的时间为 t₂=s2v=2 s
所需的最短时间为 t=t₁+t₂=4 s
（2）欲使电动机工作的时间最短，钢轨的最后一段运动要关闭电动机，钢轨匀减速上升，b端到达坡顶时速度刚好为零．
根据牛顿第二定律 f₁+mg sinα=ma₂
匀减速运动的加速度大小为 a₂=4 m/s²
历时 t₃=va2=1s
位移为s₃=vt₃-12a₂t₃²=2 m
电动机至少要工作的时间为t4=t1+L-l-S1-S3v=3.5s
答：（1）钢轨从坡底从静止开始运动，直到b端到达坡顶所需的最短时间为4s；
（2）钢轨从坡底从静止开始运动，直到b端到达坡顶的过程中电动机至少要工作3.5s时间？

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解析

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考点

据考高分专家说，试题“如图所示为某钢铁厂的钢轨传送装置，斜坡长.....”主要考查你对 [匀变速直线运动的速度与时间的关系 ]考点的理解。

匀变速直线运动的速度与时间的关系

匀变速直线运动：

物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内速度的变化相等，这种运动就叫做匀变速直线运动。也可定义为：沿着一条直线，且加速度不变的运动，叫做匀变速直线运动。

匀变速直线运动的速度公式：

V_t=V₀+at。

公式说明：

1. 速度公式是匀变速直线运动速度的一般表示形式。它所表明瞬时速度与时刻t的对应关系。
2. 通常取初速度v0方向为正方向，加速度a可正可负（正、负表示方向），在匀变速直线运动中a恒定。
   ①当a与v0同方向时，a＞0表明物体的速度随时间均匀增加，如下左图。
   ②当a与v0反方向时，a＜0表明物体的速度随时间均匀减少，如下右图。

        
  3.      速度图象是对速度公式的直观体现．图象斜率表示加速度，图象与时间轴所围的面积表示位移。

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