如圖甲所示,質(zhì)量M=20kg的物體從光滑曲面上高度H=0.8m處釋放,到達(dá)底端時(shí)水平進(jìn)入水平傳送帶,傳送帶由一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)著勻速向左傳動(dòng),速率為3m/s.已知物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,則:
(1)若兩皮帶輪之間的距離是6m,物體沖上傳送帶后就移走光滑曲面,物體將從哪一邊離開傳送帶?通過計(jì)算說明你的結(jié)論.
(2)若皮帶輪間的距離足夠大,從M滑上到離開傳送帶的整個(gè)過程中,由于M和傳送帶間的摩擦而產(chǎn)生了多少熱量?
(3)若皮帶輪間的距離足夠大,從M滑上皮帶后,皮帶取不同的速度,物體從右邊離開時(shí)速度也不同,試畫出物體從滑上到離開傳送帶的速度-皮帶速度的圖象(取水平向右方向?yàn)檎?/div>
分析:(1)由機(jī)械能守恒可求得物體到達(dá)底部時(shí)的速度;由牛頓第二定律可求得物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度,則可求得物體的運(yùn)動(dòng)情況,進(jìn)而確定小球從哪一端離開;
(2)摩擦力與物體和傳送帶之間的相對(duì)滑動(dòng)位移的乘積轉(zhuǎn)化為熱量;
(3)分皮帶速度方向向左和向右兩個(gè)方向進(jìn)行討論即可求出物體從滑上到離開傳送帶的速度-皮帶速度的關(guān)系,進(jìn)而畫出圖象.
解答:解:(1)物體將從傳送帶的右邊離開.
物體從曲面上下滑到低端時(shí)的速度為:
v==4m/s
以地面為參照系,物體滑上傳送帶后先向右做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零,后向左做勻加速運(yùn)動(dòng),直到速度與皮帶速度相等后與皮帶相對(duì)靜止(這一段時(shí)間內(nèi)物體相對(duì)于傳送帶一直向右滑動(dòng)),期間物體的加速度大小和方向都不變,加速度大小為:
a==μg=1m/s
2物體從滑上傳送帶到相對(duì)地面速度減小到零,對(duì)地向右發(fā)生的位移為:
S1==m=8m>6m,表明物體將從右邊離開傳送帶.
(2)以地面為參考系,若兩皮帶輪間的距離足夠大,則物體滑上傳送帶后先向右做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零,后向左做勻加速運(yùn)動(dòng),直到速度與傳送帶速度相等后與傳送帶相對(duì)靜止,從傳送帶左端掉下.期間物體的加速度大小和方向都不變,加速度大小為:
a==μg=1m/s
2所以,物體發(fā)生的位移為:
S1==m=3.5m
取向右為正.物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為:
t==s=7s
這段時(shí)間內(nèi)皮帶向左運(yùn)動(dòng)的位移為:S
2=ut=3×7m=21m
所以物體相對(duì)于傳送帶滑行的距離為△S=S
1+S
2=24.5m
物體與傳送帶有相對(duì)滑動(dòng)期間產(chǎn)生的熱量為:Q=F
f?△S=μMg?△S=490J
(3)若皮帶速度方向向左,以地面為參考系,若兩皮帶輪間的距離足夠大,則物體滑上傳送帶后先向右做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零,后向左做勻加速運(yùn)動(dòng),直到速度與傳送帶速度相等后與傳送帶相對(duì)靜止,從傳送帶左端掉下,不合題意.若皮帶速度方向向右,以地面為參考系,因?yàn)閮善л嗛g的距離足夠大,所以物體的速度最終與傳送帶速度相等后與傳送帶相對(duì)靜止,從傳送帶右端掉下.所以圖象應(yīng)為一條傾斜的直線,傾角為45°,如圖所示:
答:(1)物體將從右邊離開傳送帶;
(2)由于M和傳送帶間的摩擦而產(chǎn)生了490J的熱量;
(3)如圖所示.
點(diǎn)評(píng):傳送帶類題目要注意分析產(chǎn)生的熱量即為摩擦力與相對(duì)位移間的乘積,再由能量守恒即可求得總能量,要注意分析能量間的相互轉(zhuǎn)化.