Question

如圖為火車站裝載貨物的原理示意圖，設AB段是距水平傳送帶裝置高為H=5m的光  滑斜面，水平段BC使用水平傳送帶裝置，BC長L=8m，與貨物包的摩擦系數為μ=0.6，皮帶輪的半徑為R=0.2m，上部距車廂底水平面的高度h=0.45m。設貨物由靜止開始從A點下滑，經過B點的拐角處無能量損失。通過調整皮帶輪（不打滑）的轉動角速度ω可使貨物經C點拋出后落在車廂上的不同位置，取g=10m/s²，求：

（1）當皮帶輪靜止時，貨物包在車廂內的落地點到C點的水平距離；
（2）當皮帶輪以角速度ω="20" rad/s順時方針方向勻速轉動時，包在車廂內的落地點到C點的水平距離；
（3）討論貨物包在車廂內的落地點到C點的水平距離S與皮帶輪沿順時方針方向轉動的角速度ω間的關系。

Answer 1

（1）（2）（3）①皮帶輪逆時針方向轉動：
S=0.6m
②皮帶輪順時針方向轉動時：
Ⅰ、0≤ω≤10 rad/s時， S=0.6m
Ⅱ、10＜ω＜50 rad/s時， S=ω·R=0.06ω
Ⅲ、50＜ω＜70 rad/s時， S=ω·R=0.06ω
Ⅳ、ω≥70 rad/s時， S=＝4.2m

解析試題分析：解：由機械能守恒定律可得：
，所以貨物在B點的速度為V₀="10m/s"
（1）貨物從B到C做勻減速運動，加速度 
設到達C點速度為V_C，則：，所以：V_C="2" m/s
落地點到C點的水平距離：
（2）皮帶速度    V_皮=ω·R="4" m/s，
同（1）的論證可知：貨物先減速后勻速，從C點拋出的速度為V_C="4" m/s，
落地點到C點的水平距離：
（3）①皮帶輪逆時針方向轉動：
無論角速度為多大，貨物從B到C均做勻減速運動：在C點的速度為V_C=2m/s，落地點到C點的水平距離S=0.6m
②皮帶輪順時針方向轉動時：
Ⅰ、0≤ω≤10 rad/s時， S=0.6m
Ⅱ、10＜ω＜50 rad/s時， S=ω·R=0.06ω
Ⅲ、50＜ω＜70 rad/s時， S=ω·R=0.06ω
Ⅳ、ω≥70 rad/s時， S=＝4.2m
考點：機械能守恒定律；勻變速直線運動的速度與位移的關系；牛頓第二定律；線速度、角速度和周期、轉速．
點評：本題考查多個知識點，清楚物體的受力和運動情況，根據運動情況選擇相應的物理規律求解．