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第10讲传送带模型(解析版)_4.2025物理总复习_2023年新高复习资料_专项复习_2023届高三物理高考复习101微专题模型精讲精练

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第 10 讲 传送带模型
一.水平传送带模型
已知传送带长为L,速度为v,与物块间的动摩擦因数为μ,则物块相对传送带滑动时的加速度
大小a=μg。
项目 图示 滑块可能的运动情况
v=0时,物块加速到v的位移x=
0
(1)一直加速
情景1 若x≥L即v≥时,物块一直加速到右端。
(2)先加速后匀速
若x<L即v<时,物块先加速后匀速;
如图甲,当v≠0,v 与v同向时,
0 0
(1)v>v时,一直减速,或先减速再匀速
0
当v>v时,物块减速到v的位移x=,
0
若x<L,即v>v> ,物块先减速后匀速;
0
若x≥L,即v≤ ,物块一直减速到右端。
(2)当v=v 时,物块相对传送带静止随传送带匀速运动
0
情景2
到右端。
(3)v<v时,或先加速再匀速,或一直加速
0
当v<v时,物块加速到v的位移x=,
0
若x<L,即v<v< ,物块先加速后匀速;
0
若x≥L,即v≥ ,物块一直加速到右端。
如图乙,v≠0,v 与v反向,物块向右减速到零的位移x
0 0
=
(1)传送带较短时,滑块一直减速达到左端
若x≥L,即v≥,物块一直减速到右端;
0
情景3 (2)传送带较长时,滑块还要被传送带传回右端。
即x<L,即v<,则物块先向右减速到零,再向左加速(或
0
加速到v后匀速运动)直至离开传送带。
若v>v,返回时速度为v,若v<v,返回时速度为v
0 0 0
二. 倾斜传送带模型
物块在倾斜传送带上又可分为向上传送和向下传送两种情况,物块相对传送带速度为零时,通过比较μmgcosθ与mgsinθ的大小关系来确定物块是否会相对传送带下滑,μ>tanθ时相对静止,
μ<tanθ时相对下滑。
项目 图示 滑块可能的运动情况
(一)若0≤v<v且μ>tanθ
0
(1)一直加速
传送带比较短时,物块一直以 a=μgcosθ-
gsinθ向上匀加速运动。
(2)先加速后匀速
情景1 传送带足够长时,物块先以a=μgcosθ-gsinθ
向上匀加速运动再向上匀速运动。
(二)若0<v<v且μ<tanθ:
0
物块向上做减速运动运动至0后反向加速运动
至v 回到出发点。整个运动过程加速度不变,
0,
加速度大小a=gsinθ-μgcosθ。
(一)若0≤v<v且μ>tanθ
0
(1)一直加速
传送带比较短时,物块一直以a=μgcosθ+gsinθ
向下匀加速运动
(2)先加速后匀速
传送带足够长时,物块先以a=μgcosθ+gsinθ向
下匀加速运动再向下匀速运动
(二)若0≤v<v且μ<tanθ
0
(1)传送带比较短时,物块一直以a=μgcosθ+
gsinθ向下匀加速运动。
(2)传送带足够长时物块先以a =μgcosθ+gsinθ
情景2 1
向下匀加速运动再以a =gsinθ-μgcosθ向下匀
2
加速运动。
(三)v=v,一直匀速(μ≥tanθ时)或一直匀
0
加速(μ<tanθ,加速度大小a=gsinθ-μgcosθ
向下匀加速运动)
(四)若v>v且μ>tanθ:
0
(1)传送带比较短时,物块一直以a=μgcosθ-
gsinθ向下匀减速运动。
(2)传送带足够长时,物块先以 a=μgcosθ-
gsinθ向下匀减速运动再向下匀速运动。
(五)若v>v且μ<tanθ,物块一直以a=gsinθ
0-μgcosθ向下匀加速运动
(1) μ<tanθ,一直加速(2) μ=tanθ一直匀速
(3) μ>tanθ时,一直减速或先减速后反向加速
情景3
若v>v,反向加速至v后,匀速运动,返回时
0
速度为v;若v<v,反向加速到最高点,返回
0
时速度为v
0
三.两个难点与三个易错点
1.难点一:物块与传送带都发生运动,以地面为参考系的运动过程分析。
攻坚克难方法:需通过画运动过程示意图和v-t图像来再现运动过程。运动过程示图要标明不是
位置对应的速度,不同运动过程对应的时间及位移、加速度。
难点二:物块与传送带同速后,是相对传送带静止还是运动,不会判断;如果运动,是相对传送
带向前运动还是向后运动,不会判断。
攻坚克难方法:假设法。假设物块相对传送带静止,研究物块受到的静摩擦力是否大于最大静摩
擦力(通常等于滑动摩擦力),如果大于,则假设不成立,物块相对传送带滑动。如果发生相对滑
动,同样可用假设法判断是相对传送带向前还是向后滑动,如果合理,假设成立;否则,不成立。
2.注意三个易错点:
(1)物块与传送带同速时,物块受到传送带的摩擦力往往会发生突变。
(2)传送带运动方向或顺或逆,物块在传送带上或一直加速,或先加速后匀速,或先减速后
反向加速……有多种可能时,存在多解。
(3)物块相对传送带位移与痕迹长不一定总相等,物块相对传送带运动的路程与痕迹长不一
定总相等。
四.例题精讲
题型A:多解讨论类型
(多选)例1.如图所示,传送带的水平部分长为 L,运动的速率恒为v,在其左端无初速放上一
木块,若木块与传送带间的动摩擦因数为 ,则木块从左到右的运动时间可能是( )
μ
L v L √2L 2L
A. + B. C. D.
v 2μg v μg v
【解答】解:木块未达到传送带前做加速度a= g的匀加速运动,木块达到传送带速度后做匀速
运动; μ√2L √2L
若木块到达传送带右端时,速度v'<v,那么,运动时间t= = ;
a μg
L 2L
t= =
若木块到达传送带右端时,速度刚好等于v,那么,运动时间 1 v ;
v
2
若 木 块 到 达 传 送 带 右 端 前 , 速 度 已 经 达 到 v , 那 么 , 运 动 时 间
v2
L-
2a v L v L v ;故ACD正确,B错误;
t= + = + = +
v a v 2a v 2μg
故选:ACD。
题型B:多解讨论+摩擦力突变(动静突变)
(多选)例2.如图,一足够长的倾斜传送带顺时针匀速转动。一小滑块以某初速度沿传送带向下
运动,滑块与传送带间的动摩擦因数恒定,则其速度v随时间t变化的图象可能是( )
A. B.
C. D.
【解答】解:AB、物块受重力,支持力,滑动摩擦力,滑动摩擦力方向沿传送带向上。设物块
的质量为m,传送带的倾角为 ,物块与传送带间的动摩擦因数为 .若mgsin < mgcos ,物
块的合力沿传送带向上,则物块θ 先沿传送带做匀减速直线运动,速μ度减至零后θ,再μ反向加θ速,
直至速度与传送带相同,之后做匀速直线运动。故A错误,B正确。
CD、若mgsin > mgcos ,物块的合力沿传送带向下,则物块一直做匀加速直线运动,C图是
可能的。故C正θ 确μ,D错θ误。
故选:BC。
题型C:多解讨论+摩擦力突变(动动突变)(多选)例3.如图甲所示,足够长的传送带与水平面夹角为 ,在传送带上某位置轻轻放置一小
木块,小木块与传送带间动摩擦因数为 ,小木块的速度随θ时间变化关系如图乙所示,v 、t 已
0 0
知,则( ) μ
A.传送带一定逆时针转动
B. =tan v
+ 0
gt cosθ
μ θ 0
C.t 后木块的加速度为2gsin v
0 - 0
t
0
θ
D.传送带的速度大于v
0
【解答】解:A、若传送带顺时针转动,如果小木块下滑(mgsin > mgcos ),将一直匀加速
到底端;如果小木块上滑(mgsin < mgcos ),先匀加速运动,θ在速μ度相等θ后小木块将匀速运
动,两种均不符合运动图象,故传θ送带μ 是逆时θ针转动,故A正确;
B、小木块在0~t 内,滑动摩擦力向下,小木块匀加速下滑,根据牛顿第二定律可得加速度大
0
小为:a =gsin + gcos ,由图可知,a v ,解得: v tan ,故B错误;
1 1= 0 = 0 -
t gt cosθ
0 0
θ μ θ μ θ
C、当小木块的速度与传送带速度相等以后,根据牛顿第二定律可得小木块的加速度大小为:a
2
=gsin ﹣ gcos ,代入 值得:a =2gsin v ,故C正确;
2 - 0
t
0
θ μ θ μ θ
D、只有当小木块的速度等于传送带的速度时,滑块所受的摩擦力变成斜向上,故传送带的速度
等于v ,故D错误。
0
故选:AC。
题型D:物块相对传送带位移不等于痕迹长
(多选)例4.如图甲所示,一足够长的传送带倾斜放置,倾角为 ,以恒定速率v=4m/s顺时针
θ转动。一煤块以初速度v =12m/s从A端冲上传送带,煤块的速度随时间变化的图像如图乙所示,
0
g取10m/s2,则下列说法正确的是( )
A.煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为(2+√5)s
B.煤块在传送带上留下的痕迹长为(12+4√5)m
C.倾斜传送带与水平方向夹角的正切值tan =0.75
D.煤块与传送带间的动摩擦因数 =0.35 θ
μ
【解答】解:A、0﹣1s内,煤块的加速度大小为 a Δv 12-4m/s2=8m/s2,方向沿传送带
1= 1=
Δt 1
1
向下;1﹣2s,物块的加速度大小为a Δv 4-0m/s2=4m/s2,方向沿传送带向下;物块上升
2= 2=
Δt 1
2
12+4 1
的位移大小等于v﹣t图象与时间轴所包围的面积大小,为x= ×1m+ ×4×1m=10m;根
2 2
1
据x= a
2
t下 2,得煤块下滑的时间t下=√5s,所以煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为
2
(2+√5)s,故A正确;
B、传送带的速度v=4m/s。在0﹣1s内传送带的位移x带1 =vt
1
=4×1m=4m,煤块的位移为x煤1
12+4
= ×1m=8m,两者相对位移大小为Δx
1
=x煤1 ﹣x带1 =8m﹣4m=4m;
2
1
在1﹣2s内传送带的位移x带2 =vt
2
=4×1m=4m,物块的位移为x煤2 = ×4×1m=2m,两者相对
2
位移大小为Δx
2
=x带2 ﹣x煤2 =4m﹣2m=2m;
所以整个上升过程中痕迹的长度为4m;1
2~(2+√5)s传送带向上运动,煤块向下运动,划痕总的长度为ΔL=2m+ a
2
t2+vt,解得:ΔL
2
=(12+4√5)m,故B正确;
CD、0﹣1s内,对煤块根据牛顿第二定律得:mgsin + mgcos =ma
1
1﹣2s,对煤块根据牛顿第二定律得:mgsin ﹣ mgcθosμ=ma θ
2
解得 =37°, =0.25,则tan =0.75,故Cθ正μ确、D错θ 误。
故选:θABC。 μ θ
五.举一反三,巩固练习
1. (多选)如图甲所示,倾斜传送带的倾角 =37°,传送带以一定速度匀速转动,将一
个物块轻放在传送带的上端A,物块沿传送带向下θ运动,从 A端运动到B端的v﹣t图像如图
乙所示,重力加速度取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计物块大小,则( )
A.传送带一定沿顺时针方向转动
B.传送带转动的速度大小为5m/s
C.传送带A、B两端间的距离为11m
D.物块与传送带间的动摩擦因数为0.5
【解答】解:A、物块沿传送带向下运动,假设传送带沿顺时针方向转动或者不转动,那么在物
块下滑过程中,始终受到沿传送带向上的滑动摩擦力作用,物块受到的合力始终不变,加速度
保持不变,与图乙的v﹣t图像描述的运动过程(加速度在0.5s时发生变化)相矛盾,则假设不
成立,故传送带一定沿逆时针方向转动,故A错误;
B、由v−t图像可知,传送带转动的速度大小为5m/s,故A正确;
C、物块从A端运动到B端的v﹣t图像与时间轴所围成的面积等于物块下滑的位移大小,也就
等于传送带A、B两端间的距离(设为x),则有:
5×0.5 (5+8)(2-0.5)
x= m+ m=11m,故C正确。
2 2
Δv 5
D、由v﹣t图像可得:0~0.5s时间内物体的加速度大小为:a = = m/s2=10m/s2
1
Δt 0.5
此时间内物块的速度小于传送带速度,物块所受滑动摩擦力沿传送带向下,由牛顿第二定律得:
mgsin + mgcos =ma
1
θ μ θ代入数据解得: =0.5,故D正确。
故选:BCD。 μ
2. (多选)如图甲所示,一足够长的传送带倾斜放置,以大小为v=2m/s的恒定速率顺
时针转动.一质量m=2kg的煤块以初速度v =12m/s从A端冲上传送带又滑了下来,煤块的
0
速度随时间变化的图象如图乙所示,g=10m/s2,则下列说法正确的是( )
A.煤块上升的最大位移为11m
B.煤块与传送带间的动摩擦因数 =0.25
C.煤块从冲上传送带到返回A端所μ 用的时间为(2+2√2)s
D.煤块在皮带上留下的划痕为(9+4√2)m
【解答】解:A、根据v﹣t图像与t轴所围面积表示位移可知煤块上升的最大位移为
1 1
x = × (2+12)×1m+ ×1×2m=8m,故A错误;
m
2 2
B、根据v﹣t图像的斜率表示加速度可知煤块与传送带共速前、后的加速度大小分别为
Δv 12-2
a = = m/s2=10m/s2
1
Δt 1
Δv' 2
a = = m/s2=2m/s2
2
Δt' 1
对煤块根据牛顿第二定律有
mgcos +mgsin =ma
1
μmgsin ﹣θ mgcosθ=ma
2
联立代θ入μ数据解得θ : =0.5,故B错误;
C、设煤块从冲上传送μ带到返回A端所用的时间为t,则有
1
x = a (t-2) 2
m 2 2
代入数据解得:t=(2+2√2)s,故C正确;
D.0~1s内,煤块相对传送带向上运动,此段时间内煤块和传送带的位移大小分别为1
x = × (2+12)×1m=7m
1
2
x =vt =2×1m=2m
2 1
煤块在皮带上留下的划痕长度为二者相对位移大小,即
l =x ﹣x =7m﹣2m=5m
1 1 2
在1~(2+2√2)s内,即t =(1+2√2)s时间内煤块相对传送带向下运动,此段时间内煤块作
2
匀变速直线运动,设沿斜面向下为正方向,
1
煤块的的位移为:x' =﹣vt + a t2
1 2 2 2 2
传送带的位移大小为:x' =vt
2 2
煤块与皮带的相对位移大小为:l =x' +x'
2 1 2
联立代入数据解得:l =(9+4√2)m
2
因为l >l ,所以有一部分痕迹是重合的,则煤块在皮带上留下的划痕为(9+4√2)m,故D正
2 1
确。
故选:CD。
3. 如图所示,是车站、民航等入口处的安检装置:水平传送带匀速运动,放在其上的各
种行李会被“传送”经过一个能发出X射线的暗箱接受检查。某装置中的传送带以 0.3m/s匀
速运动,行李箱(可看作质点)先匀加速再匀速通过X射线检查通道,如果传送带上摩擦痕迹
的长度为6mm,下列说法正确的是( )
A.行李箱加速过程中的平均速度大小是0.3m/s
B.行李箱加速过程中,经历的时间是0.04s
C.行李箱加速过程中,传送带的位移大小是6mm
D.行李箱加速过程中,行李箱的位移大小是12mm
v
【解答】解:BCD、设加速时间为t,则行李箱加速的位移x = t
1 2
传送带的位移:x =vt
2
由题意则有:x
2
﹣x
1
=s痕
将v=0.3m/s和s痕 =6×10﹣3m代入解得t=0.04s,x
1
=6×10﹣3m,x
2
=0.012m。故CD错误,B正确;
0+v 0+0.3
A、加速的平均速度:v= = m/s=0.15m/s,故A错误。
2 2
故选:B。
4. (多选)如图所示,质量为m的物体在水平传送带上由静止释放,传送带由电动机带
动,始终保持以速度v匀速运动,物体与传送带间的动摩擦因数为 ,物体过一会儿能保持与
传送带相对静止,对于物体从静止释放到相对静止这一过程,下列说μ法正确的是( )
mv2
A.电动机多做的功为
2
mv2
B.物体在传送带上摩擦生热为
2
mv2
C.传送带克服摩擦力做的功为
2
D.电动机增加的功率为 mgv
【解答】解:A、电动机多μ做的功转化成了物体的动能和内能,根据动能定理可知物体在这个过
1 vt 1
程中获得动能 mv2=f⋅ ,所以电动机多做的功一定要大于 mv2.故A错误。
2 2 2
vt 1
B、物体在传送带上摩擦生热为Q=fx相 =f(vt- )= mv2,故B正确。
2 2
C、传送带克服摩擦力做的功就为电动机多做的功,所以由A的分析可知电动机多做的功一定要
1
大于 mv2,故C错误。
2
D、电动机增加的功率即为克服摩擦力做功的功率,大小为fv= mgv,故D正确。
故选:BD。 μ
5. (多选)如图所示,皮带输送机与地面成 37°角固定放置。底端到顶端的距离为L=
10m,皮带在电动机带动下以v =4m/s的速率匀速运动。一物块以v =12m/s的初速度从底部
1 0
冲上皮带,当物块运动到皮带最高点时速度恰好为零。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,
cos37°=0.8,则物块与皮带间的动摩擦因数 可能为( )
μA.0.125 B.0.25 C.0.45 D.0.5
【解答】解:物块冲上皮带时,物块所受的摩擦力沿皮带向下,由牛顿第二定律:
mgsin37°+ mgcos37°=ma ,
1
物块速度与μ皮带速度相同时,物块所受的摩擦力沿皮带向上,由于物块到达最高端时速度为0,
则此后物块再次做匀减速直线运动,由牛顿第二定律:
mgsin37°﹣ mgcos37°=ma >0,
2
由题知,物μ块加速减速位移之和为传送带长度,由运动学规律得:
L
v2-v2 v2
,
= 0 1+ 1
2a 2a
1 2
代入数据联立解得: =0.25或 =0.45,故BC正确,AD错误。
故选:BC。 μ μ
6. (多选)如图所示,水平传送带以恒定速度逆时针方向运行,运行的速度大小为 v,
1
小滑块以大小为v 的初速度滑上传送带,经过时间t小滑块最终离开传送带,小滑块前 t时间
0
2
1
内所受的滑动摩擦力大于零,后 t时间内所受的摩擦力等于零。小滑块与传送带之间的动摩
2
擦因数恒定不变,小滑块可看作是质点,重力加速度为 g,以地面为参照系,下面说法正确的
是( )
A.小滑块最终返回它的出发位置
B.传送带的速度v有可能大于滑块初速度v
0
1
C.前 t时间小滑块的位移最大
21 1
D.前 t时间小滑块的位移为 (v ﹣v)t
0
2 4
【解答】解:A、若小滑块最终从右端滑出,则小滑块在运动过程中受到的摩擦力不变,不可能
为零,故小滑块先向右减速到零,再向左加速运动,最后向左匀速运动,最终返回它的出发位
置,故A正确;
B、如果物块的速度小于传送带的速度,物块向右速度减速到零以后,再向左加速,当物块的速
度达到v 时离开传送带,不可能出现匀速的情况,所以传送带的速度v不可能大于滑块初速度
0
v ,故B错误;
0
1
C、物块向右运动的速度为零时位移最大,此过程中的时间小于 t,故C错误;
2
1
D、前 t时间内小滑块做匀变速直线运动,初速度为v ,末速度为v、方向向左,所以小滑块的
0
2
v -v t 1
位移为x= 0 × = (v ﹣v)t,故D正确。
0
2 2 4
故选:AD。
7. 在一化肥厂有如图所示的传送装置,AB水平,长度l =4m,顺时针传动的速率v =
1 1
5m/s,CD为靠近AB的倾斜传送带, =37°,长l =5.3m,两表面动摩擦因数 =0.5,一袋标
2
准化肥的质量m=20kg,已知sin37°=θ0.6、cos37°=0.8、g=10m/s2。 μ
(1)若化肥从A端轻放上去,并使CD顺时针以速率v传动,v应满足什么条件才能使化肥送
至顶点D?
(2)CD传送带不动时,一袋化肥从离A端x 的位置轻放上去,则在CD上上升的最大距离为
1
x ,求x 与x 的关系。
2 2 1
【解答】解:(1)化肥在水平传送带上,根据牛顿第二定律有
mg=ma
1
μ代入数据,解得
a =5m/s2
1
又 2a s
v2= 1 1
1可得
s =2.5m<l =4m
1 1
然后化肥匀速运动,滑上CD。
设CD传送带速度v 时,化肥恰好达D端,
2
设v <v ,化肥经历了两个减速阶段,第1阶段由C点减速到v ,以加速度大小a 达到v 后再
2 1 2 2 2
以加速度大小a 继续减速为0,则有
3
mgsin + mgcos =ma
2
代入数θ据μ,可得θ
a =10m/s2
2
又
mgsin ﹣ mgcos =ma
3
代入数θ据μ,解得θ
a =2m/s2
3
由v2-v2 v2
1 2+ 2 =l
2a 2a 2
2 3
解得
v =4.5m/s
2
并验证了假设成立,
故条件为
v≥4.5m/s;
(2)离A端x 处轻放化肥时,刚好在B端与传送带达到速度相同,则有
0
x =L ﹣s =1.5m
0 1 1
当x ≤x 处放上化肥,能在CD传送带上上升的距离相同,可得
1 0
v2=2a x
1 2 2
代入数据,解得
x =1.25m
2
当x ≤x ≤l ,在拐点处速度为v ,有
0 1 1 x
v2=2a (l -x )v2=2a x
x 1 1 1 x 2 2
可得x =2﹣0.5x
2 1
综上所述,当0≤x ≤1.5m时
1
x =1.25m
2
当1.5m≤x ≤4m时
1
x =2﹣0.5x 。
2 1
答:(1)若化肥从A端轻放上去,并使CD顺时针以速率v传动,v应满足条件:v≥4.5m/s,
才能使化肥送至顶点D;
(2)CD传送带不动时,一袋化肥从离A端x 的位置轻放上去,则在CD上上升的最大距离为
1
x ,x 与x 的关系为:当0≤x ≤1.5m时,x =1.25m;当1.5m≤x ≤4m时,x =2﹣0.5x 。
2 2 1 1 2 1 2 1
8. 如图所示,在物流分拣过程中,将货物无初速置于水平传送带左端Q点,传送带始终
以v=2m/s匀速传动,当货物到达传送带的右端P点后,它会沿一个可忽略摩擦的斜坡滑向水
平地面。Q与P之间距离l=2m,P点到地面的高度h=1m,货物与传送带及地面的动摩擦因
数分别是 =0.4、 =0.3,斜坡与传送带及水平地面均平滑连接。将货物视为质点,g取
1 2
10m/s2.求μ: μ
(1)货物在传送带上经历的时间;
(2)货物在地面上的滑行距离。
【解答】解:(1)货物在传送带上先做匀加速运动,根据牛顿第二定律得:
mg=ma
1 1
μ得:a = g=4m/s2
1 1
μ v 2
货物的速度增加至v=2m/s时所用时间为:t = = s=0.5s
1 a 4
1
v 2
货物匀加速运动通过的位移为:x= t = ×0.5m=0.5m<l=2m
2 1 2
l-x 2-0.5
此后货物做匀速运动,所用时间为:t = = s=0.75s
2
v 2
故所求时间为:t=t +t =1.25s
1 2
(2)货物在斜坡上下滑时机械能守恒,以水平地面为零势能面,则有:1 1
mgh+ mv2= mv'2
2 2
可得货物滑至斜坡底端时的速度大小为:v′=2√6m/s
μ mg
货物在水平地面上滑行的加速度大小为:a = 2 = g=3m/s2
2 2
m
μ
货物在地面上的滑行距离为:s v'2 (2√6) 2 m=4m
= =
2a 2×3
2
答:(1)货物在传送带上经历的时间是1.25s;
(2)货物在地面上的滑行距离是4m。