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如圖所示,傳送帶與地面傾角θ=37°,從A到B長度為16m,傳送帶以10m/s的恒定速率逆時針轉動,在傳送帶上端A處無初速度放一個質量為lkg的小物體,它與傳送帶的摩擦系數(shù)為0.5,其它摩擦不計.,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,求:
(1)物體經多長時間和傳送帶速度相同.
(2)物體和傳送帶因摩擦而產生的熱量.
(3)若每1s在傳送帶上端A無速度放一個質量為lkg的相同小物體,試計算在傳送帶穩(wěn)定工作時,物體對傳送帶做功的功率是多少?

解:(1)當物體剛放上傳送帶的時候,由于傳送帶的運動,物體受到沿斜面向下的摩擦力作用,如圖所示:

物體所受合力沿傳送帶向下,合力大小為:
F=f+mgsinθ=μN+mgsinθ=μmgcosθ+mgsinθ
所以物體產生的加速度a==gsinθ+μgcosθ=10m/s2
物體沿傳送帶向下做勻加速直線運動,速度達到10m/s所需要時間t=
(2)由(1)分析知,物體達到和傳送帶一樣的速度時,下滑的位移,代入可得x1=5m
當物體速度達到傳送帶速度時,由于gsinθ>μgcosθ,物塊仍將沿傳送加速下滑,此時摩擦力沿傳送向上.如圖:

此時物體下滑的加速度a2=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
則物體在下滑到達底端的過程中做加速度為,初速度v0=10m/s,位移x=L-x1=11m,根據(jù)速度位移關系有:

得v=代入數(shù)據(jù)得:v=12m/s
物體在下滑的整個過程中根據(jù)功能關系有:

得:==-24J
因為摩擦力做功為-24J,即物體由于和傳送帶摩擦而產生的熱量為24J.
(3)物體在2s的下滑過程中,第1s內物體對傳送的摩擦力對物體做負功,第2s內物體對傳送帶的摩擦力做正功,根據(jù)分析有:
第1s內,傳送帶受到沿傳送帶向上的摩擦力作用,摩擦力大小為4N,在第1s內傳送帶的位移為10m沿傳送帶向下,摩擦力做功為-40J;
第2s內,傳送帶受到沿傳送帶向下的摩擦力作用,摩擦力大小為4N,在第2s內傳送帶的位移為10m沿傳送帶向下,摩擦力做功為40J;
物體在整個下滑過程中對傳送帶做的總功為0,故所以若每1s在傳送帶上端A無速度放一個質量為lkg的相同小物體,試計算在傳送帶穩(wěn)定工作時,物體對傳送帶做功的功率是P=0.
答:(1)物體經1s時間和傳送帶速度相同.
(2)物體和傳送帶因摩擦而產生的熱量為24J.
(3)若每1s在傳送帶上端A無速度放一個質量為lkg的相同小物體,試計算在傳送帶穩(wěn)定工作時,物體對傳送帶做功的功率是0.
分析:(1)對物體進行受力分析,求合力,根據(jù)牛頓第二定律求出加速度,再根據(jù)速度時間關系求時間;
(2)摩擦產生的熱量等于摩擦力與相對位移的乘積,根據(jù)位移時間關系求出物體相對傳送帶的位移,據(jù)此求摩擦產生的熱量;
(3)物體在下滑過程中,摩擦力先對傳送帶做負功,后做正功.整個下滑過程中物體對傳送帶做的總功為0,抓住物體需要2s滑下傳送帶,故當傳送帶穩(wěn)定后,每個1s時間里,傳送帶上同時有兩個物體,物體對傳送帶做的總功為0,所以功率為0.
點評:正確的受力分析是分析物體運動的關鍵,摩擦產生的熱量可以通過摩擦力乘以相對位移來處理,也可以根據(jù)功能關系分析.求出物體在一個下滑過程中對傳送帶做的總功,分析穩(wěn)定時物體對傳送帶做功的功率.
練習冊系列答案
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如圖所示,傳送帶與地面的傾角θ=37°,從A端到B端的長度為29m,傳送帶以v0=10m/s的速度沿逆時針方向轉動.在傳送帶上端A處無初速地放置一個質量為0.5kg的物體,它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,求物體從A端運動到B端所需的時間是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)

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(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10 m/s2

 

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