传送带中的能量问题
传送带中的能量问题
学习目标:
1.
2.
知识梳理
方法指导:一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量=相对,其中相对是物体间相对路径长度.如果两物体同向运动,l相对为两物体对地位移大小之差;如果两物体反向运动,l相对为两物体对地位移大小之和;如果一个物体相对另一物体做往复运动,则l相对为两物体相对滑行路径的总长度
例1、电机带动水平传送带以速度v匀速运动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当小木块与传送带相对静止时,求:
(1)小木块的位移;
(2)传送带转过的路程;
(3)小木块获得的功能;
(4)摩擦过程产生的内能;
(5)电机带动传送带匀速转动输出的总能量.
例2、如图5-4-4所示,AB为半径R=0.8 m的1/4光滑圆弧轨道,下端B恰与小车右端平滑对接.小车质
量M=3 kg,车长L=2.06 m,车上表面距地面的高度h=0.2 m.现有一质量m=1 kg的小滑块,由轨道顶端
无初速释放,滑到
B端后冲上小车.已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运动了1.5 s时,车被地面
装置锁定.(g=10 m/s2)试求:
(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;
(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;
(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与车面间由于摩擦而产生的内能
大小;
1
例3、.(2010·三明期末)工厂流水线上采用弹射装置把物品转运,现简化其模型分析:如图5-4-24所示,质量为m的滑块,放在光滑的水平平台上,平台右端B与水平传送带相接,传送带的运行速度为v0,长为L;现将滑块向左压缩固定在平台上的轻弹簧,到达某处时由静止释放,若滑块离开弹簧时的速度小于传送带的速度,当滑块滑到传送带右端C时,恰好与传送带速度相同,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ.求:
(1)释放滑块时,弹簧具有的弹性势能;
(2)滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量.
综合题
例4、某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛,比赛路径如图5-4-8所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟.已知赛车质量m=0.1 kg,通电后以额定功率P=1.5 W工作,进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为0.3 N,随后在运动中受到的阻力均可不计.图中L=10.00 m,R=0.32 m,h=1.25 m,s=1.50 m.问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10 m/s2)
达标检测
1、如图16甲所示,水平传送带的长度L=6 m,皮带轮以速度v顺时针匀速转
动,现在一质量为1 kg的小物块(可视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越
过B点后做平抛运动,其水平位移为x,保持物块的初速度v0不变,多次改变皮带轮
的速度v依次测量水平位移x,得到如图16乙所示的x-v图象.
2
图16
(1)当0<v≤1 m/s时,物块在A、B之间做什么运动?当v≥7 m/s时,物块在A、B
之间做什么运动?
(2)物块的初速度v0多大?
2、如图所示的水平传送带静止时,一个小物块A以某一水平初速度从传送带左端冲上传送带,然后从传送带右端以一个较小的速度V滑出传送带;若传送带在皮带轮带动下运动时,A物块仍以相同的水平速度冲上传送带,且传送带的速度小于A的初速度,则
( )
A、若皮带轮逆时针转动,A物块仍以速度V离开传送带
B、若皮带轮逆时针方向转动,A物块不可能到达传送带的右端
C、若皮带轮顺时针方向转动,A物块离开传送带的速度仍然可能为V
D、若皮带轮顺时针方向转动,A物块离开传送带右端的速度一定大于V
3
答案:例1对小木块,相对滑动时,由ma=μmg得加速度a=μg,由v=at得,达相对静止所用时间t=v. μg
v2
(1)小木块的位移x1=t=22μgvv2
(2)传送带始终匀速运动,路程x2=vt=μg
12(3)对小木块获得的动能Ek= 2
这一问也可用动能定理解:μmgx1=Ek
12故Ek=mv. 2
12(4)产生的内能Q=μmg(x2-x1)=mv. 2
注意,这儿凑巧了Q=Ek,但不是所有的问题都这样.
(5)由能的转化与守恒定律得,电机输出的总能量转化为小木块的动能与内能,所以E总=Ek+Q=mv. 例2【标准解答】 (1)由机械能守恒定律和牛顿第二定律得 2
mgR=2
B,
v2
BFNB-mg=m R
则:FNB=30 N.
(2)设m滑上小车后经过时间t1与小车同速,共同速度大小为v,
对滑块有:μmg=ma1,v=vB-a1t1
对于小车:μmg=Ma2,v=a2t1
可得t1=1 s<1.5 s
故滑块与小车同速后,小车继续向左匀速行驶了0.5 s,则小车右端距B端的距离为 12
vl车=1+v(1.5 s-t1)=1 m. 2
(3)Q=μmgl相对=μmg(vB+v2v1t1)=6 J. 2
车被锁定后,滑块能否从车的左端滑出?若能滑出,试求出滑块落地点离车左端的水平距离.
车被锁定时,m相对车面已滑行了
vB+vvl相对=1-1=2 m 22
故此时滑块离车的左端的距离为
l=L-l相对=0.06 m,
假设滑块能从车的左端滑出,速度大小为v′,
1212则由mv=mv′+μmgl可得: 22
v′=0.8 m/s>0,可见假设成立.
12又h=gt′,l′=v′t′. 2
可得:l′=0.16 m.
例3【解析】 (1)设滑块冲上传送带时的速度为v,在弹簧弹开过程中,
12由机械能守恒Ep=mv 2
滑块在传送带上做匀加速运动
4
1212由动能定理μmgL=mv0- 22
12解得:Ep=mv0-μmgL. 2
(2)设滑块在传送带上做匀加速运动的时间为t,则t时间内传送带的位移
s=v0t
v0=v+at μmg=ma
滑块相对传送带滑动的位移Δs=s-L
相对滑动生成的热量Q=μmgΔs
2解得:Q=mv0(v0- v0-2μgL)-μmgL.
例4【解析】 设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律
s=v1t
h=gt2
解得 12
v1=s g3 m/s 2h
设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点的速度为v3,由牛顿运动定律及机械能守恒定律得
v2
2mg=m R
12123=mv2+mg(2R) 22
解得v35gR=4 m/s
通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin=4 m/s 设电动机工作时间至少为t,根据功能原理
Pt-fL=2
min
由此可得t=2.53 s.
达标检测
1、解析:(1)由于0<v≤1 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在 A、B之间做匀减速直线运动.
由于v≥7 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在A、B之间做 匀加速直线运动.
(2)由图象可知在传送带速度v带=1 m/s时,物体做匀减速运动.
则平抛初速度为v1=1 m/s,由动能定理得:
1212-μmgL=mv10 22
在v带=7 m/s时,物体做匀加速运动,
则平抛初速度为v2=7 m/s,由动能定理得:
11μmgL=mv22mv02 22
解得v0=
2、AC 5 m/s. 2答案:(1)匀减速直线运动 匀加速直线运动 (2)5 m/s 12v1+v2 5