传送带中的能量能量分析
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传送带专题详细解析一、动力学分析1.C 若v 2<v 1,物体从左端滑上传送带,物体受到水平向右的滑动摩擦力,可能一直做匀加速运动.故C 错误.若v 2>v 1,物体从右端或左端滑上传送带后都做匀减速直线运动,而且加速度大小相同,则物体从右端滑上到左端所需的时间等于物体从左端滑上到右端的时间.故A 错误.2.ACD3. 首先判定μ与tan θ的大小关系,μ=0.5,tan θ=0.75,所以物体一定沿传输带对地下滑,不可能对地上滑或对地相对静止.(1)皮带顺时针转动,滑块与皮带运动方向始终相反,滑块与皮带不可能有等速时刻,所以摩擦力无突变现象,所以整个过程物体对地匀加速运动16m 。
a=gsin370-μgcos370=2m/s 2,据s=21at 2得t=4.0s 。
(2)当皮带顺时针转动时,皮带与滑块同向运动,速度相等是摩擦力突变点当物体下滑速度小于传送带时,物体的加速度为a 1,(此时滑动摩擦力沿斜面向下) 则:a 1=mmg mg θμθcos sin + =10m/S 2t 1=v/a 1=1S, S 1=221at =5m 当物体下滑速度大于传送带V=10m/S 时,物体的加速度为a 2(此时f 沿斜面向上)则: a 2=mmg mg θμθcos sin -==2m/S 2()2221122222121at t t a at vt S +=+= =11m即:10t 2+t 22=11 解得:t 2=1秒(t 2=-11秒舍去) 所以,t=t 1+t 2=1+1=2秒4. 设物块在水平传送带上加速的过程中的加速度为a 1,根据牛顿第二定律有:μmg =ma 1 解得 : a 1=2.5m/s 2物块A 做加速运动的时间为t 1=1a v=0.8 s 物块A 加速运动的位移为s 1=21-vt =0.8 m 当A 的速度达到2 m/s 时,A 将随传送带一起匀速运动,A 在传送带水平段匀速运动的时间为t 2 ,t 2=vs s ab 1-=0.6s A 在bc 段受到的摩擦力为滑动摩擦力,方向沿斜面向上,A 沿bc 段下滑时有: mg sin37°-μmg cos37°=ma 2 解得:a 2=4 m/s 2 根据运动学的关系:s bc =v t 3+2321at ,解得 :t 3=1s ,另一解t 3=-2s (不合题意,舍去) 所以物块A 从传送带的a 端传送到c 端所用的时间t =t 1+t 2+t 3=2.4s(.技巧总结:审题时应注意对题给条件作必要的定性分析和半定量的分析。
传送带问题分析【专题分析】传送带问题是高中阶段比较常见也是比较复杂的的题目形式。
受力方面,要分析物体与传送带之间是否存有摩擦力,是存有静摩擦力还是滑动摩擦力。
运动方面,要分析物体与传送带之间是相对运动,还是相对静止,是相对传送带向前运动,还是相对传送带向后运动。
能量方面,要判断物体与传送带之间的热量生成。
所以传送带问题需要用到多种物理规律实行求解,如运动学公式的选用、牛顿第二定律、动能定理、摩擦生热、能量转化守恒定律等。
物体在传送带上运动,有可能涉及多个物理过程,比方可能在传送带上一直加速,也可能先加速后匀速;可能在传送带上一直减速,也可能先减速后匀速,甚至还可能改变运动方向。
所以认真研究运动过程和受力情况是解决传送带问题的关键。
【题型讲解】例题1:如图3-1-1所示,水平传送带静止不动,质量为1kg的小物体,以4m/s的初速度滑上传送带的左端,最终以2m/s的速度从传送带的右端。
假如令传送带逆时针方向匀速开动,小物体仍然以4m/s的初速度滑上传送带的左端,则小物体离开传送带时的速度A.小于2m/s B.等于2m/sC.大于2m/s D.不能达到传送带右端解析:此题主要考查对物体的受力分析。
当传送带不动时,物体受到向左的滑动摩擦力,在传送带上向右做减速运动,最终离开传送带。
当传送带逆时针开动时,物体仍然相对传送带向右运动,所以受到的摩擦力仍然向左,这样与传送带静止时比较,受力情况完全相同,所以运动情况也应该一致,最后离开传送带时速度仍然是2m/s,答案为B例题2:在例题1中,假如各种情况都不变,当传送带不动时,合外力对物体做功为W1,物体与传送带间产生的热量为Q1;当传送带转动时,合外力对物体做功为W2,物体与传送带间产生的热量为Q2。
以下选项准确的有A.W1=W2 B.W1<<I>W2C.Q1=Q2 D.Q1<<I>Q2解析:此题主要考查对做功和生热的理解。
高中物理传送带模型1.设问的角度(1)动力学角度:首先要正确分析物体的运动过程,做好受力分析,然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移,找出物体和传送带之间的位移关系.(2)能量角度:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等,常依据功能关系或能量守恒定律求解.2.功能关系分析(1)传送带克服摩擦力做的功:W=F f x传;(2)系统产生的内能:Q=F f x相对.(3)功能关系分析:W=ΔE k+ΔE p+Q.一、水平传送带:情景图示滑块可能的运动情况情景1⑴可能一直加速⑵可能先加速后匀速情景2 ⑴vv=,一直匀速⑵vv>,一直减速或先减速后匀速⑶vv<,一直加速或先加速后匀速情景3 ⑴传送带较短,一直减速到左端⑵传送带足够长,滑块还要被传回右端:①vv>,返回时速度为v②vv<,返回时速度为v二、倾斜传送带:情景图示滑块可能的运动情况情景1 ⑴可能一直加速⑵可能先加速后匀速⑶可能从左端滑落情景2 ⑴可能一直加速⑵可能先加速后匀速⑶可能先以1a加速,后以2a加速情景3 ⑴可能一直加速⑵可能一直匀速⑶可能先加速后匀速⑷可能先减速后匀速⑸可能先以1a加速,后以2a加速情景4 ⑴可能一直加速⑵可能一直减速⑶可能先减速到0,后反向加速例1(多选)如图所示为某建筑工地所用的水平放置的运输带,在电动机的带动下运输带始终以恒定的速度v0=1 m/s顺时针传动.建筑工人将质量m=2 kg的建筑材料静止地放到运输带的最左端,同时建筑工人以v0=1 m/s的速度向右匀速运动.已知建筑材料与运输带之间的动摩擦因数为μ=0.1,运输带的长度为L=2 m,重力加速度大小为g=10 m/s2.以下说法正确的是()A.建筑工人比建筑材料早到右端0.5 sB.建筑材料在运输带上一直做匀加速直线运动C.因运输建筑材料电动机多消耗的能量为1 JD.运输带对建筑材料做的功为1 J答案AD解析 建筑工人匀速运动到右端,所需时间t 1=Lv 0=2 s ,假设建筑材料先加速再匀速运动,加速时的加速度大小为a =μg =1 m/s 2,加速的时间为t 2=v 0a =1 s ,加速运动的位移为x 1=v 02t 2=0.5 m<L ,假设成立,因此建筑材料先加速运动再匀速运动,匀速运动的时间为t 3=L -x 1v 0=1.5 s ,因此建筑工人比建筑材料早到达右端的时间为Δt =t 3+t 2-t 1=0.5 s ,A 正确,B 错误;建筑材料与运输带在加速阶段摩擦生热,该过程中运输带的位移为x 2=v 0t 2=1 m ,则因摩擦而生成的热量为Q =μmg (x 2-x 1)=1 J ,由动能定理可知,运输带对建筑材料做的功为W =12m v 02=1 J ,则因运输建筑材料电动机多消耗的能量为2 J ,C 错误,D 正确.例2 如图所示,绷紧的传送带与水平面的夹角θ=30°,传送带在电动机的带动下,始终保持v 0=2 m/s 的速率运行,现把一质量为m =10 kg 的工件(可视为质点)轻轻放在传送带的底端,经过时间t =1.9 s ,工件被传送到h =1.5 m 的高处,g 取10 m/s 2,求:(1)工件与传送带间的动摩擦因数; (2)电动机由于传送工件多消耗的电能. 答案 (1)32(2)230 J 解析 (1)由题图可知,传送带长x =hsin θ=3 m 工件速度达到v 0前,做匀加速运动,有x 1=v 02t 1工件速度达到v 0后,做匀速运动, 有x -x 1=v 0(t -t 1)联立解得加速运动的时间t 1=0.8 s 加速运动的位移x 1=0.8 m 所以加速度大小a =v 0t 1=2.5 m/s 2由牛顿第二定律有μmg cos θ-mg sin θ=ma 解得μ=32. (2)由能量守恒定律知,电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量. 在时间t 1内,传送带运动的位移 x 传=v 0t 1=1.6 m在时间t 1内,工件相对传送带的位移 x 相=x 传-x 1=0.8 m在时间t 1内,摩擦产生的热量 Q =μmg cos θ·x 相=60 J最终工件获得的动能E k =12m v 02=20 J工件增加的势能E p =mgh =150 J 电动机多消耗的电能 E =Q +E k +E p =230 J.例3如图所示,绷紧的传送带,始终以2 m/s 的速度匀速斜向上运行,传送带与水平方向间的夹角︒=30θ. 现把质量为10 kg 的工件轻轻地放在传送带底端P 处,由传送带传送至顶端Q 处.已知P 、Q 之间的距离为4 m ,工件与传送带间的动摩擦因数23=μ,取2/10s m g = (1)通过计算说明工件在传送带上做什么运动;(2)求工件从P 点运动到Q 点所用的时间.答案:⑴工件先以2/5.2s m 的加速度匀加速运动0.8m ,之后匀速;⑵时间s t t t 4.221=+=例4如图甲所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v 1运行.初速度大小为v 2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A 处滑上传送带.若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v -t 图象(以地面为参考系)如图乙所示.已知v 2>v 1,则( )A .t 2时刻,小物块离A 处的距离达到最大B .t 2时刻,小物块相对传送带滑动的距离最大C .0~t 2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左D .0~t 3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用 答案:B例5如图所示,水平地面上有一长L =2 m 、质量M =1 kg 的长板,其右端上方有一固定挡板.质量m =2 kg 的小滑块从长板的左端以v 0=6 m/s 的初速度向右运动,同时长板在水平拉力F 作用下以v =2 m/s 的速度向右匀速运动,滑块与挡板相碰后速度为0,长板继续匀速运动,直到长板与滑块分离.已知长板与地面间的动摩擦因数μ1=0.4,滑块与长板间的动摩擦因数μ2=0.5,重力加速度g 取10 m/s 2.求:(1)滑块从长板的左端运动至挡板处的过程,长板的位移x ; (2)滑块碰到挡板前,水平拉力大小F ;(3)滑块从长板的左端运动至与长板分离的过程,系统因摩擦产生的热量Q . 答案 (1)0.8 m (2)2 N (3)48 J 解析 (1)滑块在板上做匀减速运动, a =μ2mg m =μ2g解得:a =5 m/s 2根据运动学公式得:L =v 0t -12at 2解得t =0.4 s (t =2.0 s 舍去)碰到挡板前滑块速度v 1=v 0-at =4 m/s>2 m/s ,说明滑块一直匀减速 板移动的位移x =v t =0.8 m (2)对板受力分析如图所示,有:F +F f2=F f1其中F f1=μ1(M +m )g =12 N ,F f2=μ2mg =10 N 解得:F =2 N(3)法一:滑块与挡板碰撞前,滑块与长板因摩擦产生的热量: Q 1=F f2·(L -x ) =μ2mg (L -x )=12 J滑块与挡板碰撞后,滑块与长板因摩擦产生的热量:Q 2=μ2mg (L -x )=12 J 整个过程中,长板与地面因摩擦产生的热量: Q 3=μ1(M +m )g ·L =24 J 所以,系统因摩擦产生的热量: Q =Q 1+Q 2+Q 3=48 J法二:滑块与挡板碰撞前,木板受到的拉力为F 1=2 N (第二问可知) F 1做功为W 1=F 1x =2×0.8=1.6 J 滑块与挡板碰撞后,木板受到的拉力为:F2=F f1+F f2=μ1(M+m)g+μ2mg=22 NF2做功为W2=F2(L-x)=22×1.2 J=26.4 J 碰到挡板前滑块速度v1=v0-at=4 m/s滑块动能变化:ΔE k=20 J所以系统因摩擦产生的热量:Q=W1+W2+ΔE k=48 J.。
传送带问题一.水平传送带上的力与运动情况分析1.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查。
如图所示为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带AB始终保持v=1m/s的恒定速率运行。
一质量为m=4kg的行李无初速度地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动。
设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离L=2m,g取10 m/ s2。
(1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大小;(2)求行李做匀加速直线运动的时间;(3)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处。
求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率。
2.如图5所示为车站使用的水平传送带的模型,它的水平传送带的长度为L=8m,传送带的皮带轮的半径为r=0.2m,传送带的上部距地面的高度为h=0.45m,现有一个旅行包(视为质点)以v0=10m/s的初速度水平地滑上水平传送带.已知旅行包与皮带之间的动摩擦因数为μ=0.6,g=10 m/ s2。
试讨论下列问题:(1)若传送带静止,旅行包滑到B端时,人若没有及时取下,旅行包将从B端滑落,则包的落地点距B端的水平距离为多少?(2)设皮带轮顺时针匀速转动,并设水平传送带长度仍为L=8m,旅行包滑上传送带的初速度恒为v0=10m/s。
当皮带的角速度ω值在什么范围内,旅行包落地点距B端的水平距离始终为(1)中所求的距离?若皮带的角速度ω=40rad/s,旅行包落地点距B端的水平距离又是多少?3.一水平的浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为。
初始时,传送带与煤块都是静止的。
现让传送带以恒定的加速度a 0开始运动,当其速度达到v 0后,便以此速度做匀速运动,经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动。
求此黑色痕迹的长度.二.倾斜传送带上的力与运动情况分析4.如图所示,传送带与水平方向夹37°角,AB 长为L =16m 的传送带以恒定速度v =10m/s 运动,在传送带上端A 处无初速释放质量为m =0.5kg 的物块,物块与带面间的动摩擦因数μ=0.5,求: (1)当传送带顺时针转动时,物块从A 到B 所经历的时间为多少? (2)当传送带逆时针转动时,物块从A 到B 所经历的时间为多少? (sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g =10 m/s 2).5.如图所示,皮带轮带动传送带沿逆时针方向以速度v 0=2 m / s 匀速运动,两皮带轮之间的距离L=3.2 m ,皮带绷紧与水平方向的夹角θ=37°。
与摩擦生热相关的功能关系问题—传送带模型1.传送带模型:是高中物理中比较成熟的模型,典型的有水平和倾斜两种情况。
一般设问的角度有两个:(1)动力学角度:首先要正确分析物体的运动过程,做好受力分析,然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移,找出物体和传送带之间的位移关系。
(2)能量角度:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等,常依据功能关系或能量守恒定律求解。
2.传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析:W=ΔE k+ΔE p+Q。
(2)对W和Q的理解:①传送带做的功:W=F f x传;①产生的内能Q=F f x相对。
3. 传送带模型问题的分析流程【例1】如图所示,传送带始终保持v=3 m/s的速度顺时针运动,一个质量为m=1.0 kg,初速度为零的小物体放在传送带的左端,若物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.15,传送带左右两端距离为x=4.5 m(g=10 m/s2).(1)求物体从左端到右端的时间;(2)求物体从左端到右端的过程中产生的内能;(3)设带轮由电动机带动,求为了使物体从传送带左端运动到右端而多消耗的电能.【例2】如图所示,传送带与地面的夹角θ=37°,A、B两端间距L=16 m,传送带以速度v=10 m/s沿顺时针方向运动,现有一物体m=1 kg无初速度地放置于A端,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),求:(1)物体由A端运动到B端的时间;(2)系统因摩擦产生的热量。
【例3】一质量为M=2.0 kg的小物块随足够长的水平传送带一起运动,被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过,子弹和小物块的作用时间极短,如图甲所示.地面观察者记录了小物块被击中后的速度随时间变化的关系如图乙所示(图中取向右运动的方向为正方向).已知传送带的速度保持不变,g取10 m/s2.(1)指出传送带速度v的大小及方向,说明理由.(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数μ.(3)传送带对外做了多少功?子弹射穿物块后系统有多少能量转化为内能?随堂练习1.如图所示,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,今将滑块缓慢向左压缩固定在平台上的轻弹簧,到达某处时突然释放,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.(1)试分析滑块在传送带上的运动情况;(2)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,求释放滑块时,弹簧具有的弹性势能;(3)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量.2.如图所示,与水平面夹角为θ=30°的倾斜传送带始终绷紧,传送带下端A点与上端B点间的距离为L=4 m,传送带以恒定的速率v=2 m/s向上运动。
“传送带〞模型问题专题分析一.模型特点:1.水平传送带情景一物块可能运动情况:(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景二(1)v0>v时,可能一直减速,也可能先减速再匀速(2)v0<v时,可能一直加速,也可能先加速再匀速情景三(1)传送带较短时,滑块一直减速到达左端(2)传送带较长时,滑块还要被传送带传回右端。
其中v0>v返回时速度为v,当v0<v返回时速度为v02倾斜传送带。
情景一(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景二(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速(3)可能先以a1加速后以a2加速二.思路方法:(1)水平传送带问题:求解关键在于对物体所受摩擦力进展正确的分析判断。
进一步分析物体的运动情况,物体的速度与传送带速度相等的时刻摩擦力发生突变。
(2)倾斜传送带问题:求解关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况。
进一步分析物体所受摩擦力的情况及运动情况。
当物体速度与传送带速度相等时,物体所受摩擦力可能发生突变。
例1.如下图,水平传送带以5m/s的恒定速度运动,传送带长l=2.5m,今在其左端A处将一工件轻轻放在上面,工件被带动,传送到右端B处,工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,试求:工件经多少时间由传送带左端A运动到右端B(g取10m/s2)答案:1s2.(多项选择)(2021·锦州模拟)如下图,水平传送带A、B两端相距s=3.5m,物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.1, 物体滑上传送带A端的瞬时速度vA=4m/s,到达B端的瞬时速度设为vB。
以下说法中正确的选项是()A.假设传送带不动,vB=3m/sB.假设传送带逆时针匀速转动,vB一定等于3m/sC.假设传送带顺时针匀速转动,vB一定等于3m/sD.假设传送带顺时针匀速转动,vB有可能等于3m/s【解析】选A、B、D总结:〔一〕受力分析:传送带模型中要注意摩擦力的突变〔发生在v物与v带一样的时刻〕,对于倾斜传送带模型要分析mgsinθ与f的大小与方向。
专题十三 模型专题(5) 传送带模型【重点模型解读】传送带模型是高中既典型又基础的物理模型,且容易结合生活实际来考察生活实际问题,传送带模型的考查分为两方面,一方面是动力学问题考察(包括划痕),另一方面是能量转化问题考查。
一、模型认识 项目 图示滑块可能的运动情况滑块受(摩擦)力分析 情景1①可能一直加速受力f=μmg②可能先加速后匀速先受力f=μmg ,后f=0情景2①v 0>v 时,可能一直减速,也可能先减速再匀速 受力f=μmg 先受力f=μmg ,后f=0②v 0<v 时,可能一直加速,也可能先加速再匀速 受力f=μmg 先受力f=μmg ,后f= 情景3①传送带较短时,滑块一直减速达到左端受力f=μmg②传送带较长时,滑块还要被传送带传回右端。
其中,若v 0>v,返回时速度为v;若v 0<v,返回时速度为v 0 受力f=μmg (方向一直向右)减速和反向加速时受力f=μmg (方向一直向右),匀速运动f=0 情景4①可能一直加速受摩擦力f =μmg cos θ ②可能先加速后匀速先受摩擦力f=μmgcosθ,后f=mgsinθ(静) 情景5①可能一直以同一加速度a 加速 受摩擦力f=μmgcosθ ②可能先加速后匀速 先受摩擦力f=μmgcosθ,后f=mgsinθ(静) ③可能先以a 1加速后以a 2加速先受摩擦力f=μmgcosθ,后受反向的摩擦力f=μmgcosθ二、传送带模型问题的关键(1)对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断。
(2)物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻。
三、解答传送带问题应注意的事项(1)比较物块和传送带的初速度情况,分析物块所受摩擦力的大小和方向,其主要目的是得到物块的加速度。
(2)关注速度相等这个特殊时刻,水平传送带中两者一块匀速运动,而倾斜传送带需判断μ与tan θ的关系才能决定物块以后的运动。
(3)要注意摩擦力做功情况的分析,摩擦生热的能量损失计算时要注意相对位移的分析。
2020年高考物理专题训练七 传送带问题中的动力学与能量综合1.(2018·江苏泰州市联考)如图所示,传送带AB 总长为l =10 m ,与一个半径为R =0.4 m 的光滑四分之一圆轨道BC 相切于B 点,传送带速度恒为v =6 m/s ,方向向右,现有一个滑块以一定初速度从A 点水平滑上传送带,滑块质量为m =10 kg ,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.1,已知滑块运动到B 端时,刚好与传送带同速,求:(1)滑块的初速度; (2)滑块能上升的最大高度;(3)求滑块第二次在传送带上滑行时,滑块和传送带系统产生的内能。
【答案】: (1)214 m/s 或4 m/s (2)1.8 m (3)220 J【解析】: (1)以滑块为研究对象,滑块在传送带上运动过程中,当滑块初速度大于传送带速度时,有-μmgl =12mv 2-12mv 20,解得v 0=214 m/s ;当滑块初速度小于传送带速度时,有μmgl =12mv 2-12mv 20,解得v 0=4 m/s 。
(2)由动能定理可得-mgh =0-12mv 2,解得h =1.8 m 。
(3)以滑块为研究对象,由牛顿第二定律得μmg =ma ,滑块的加速度a =1 m/s 2,滑块减速到零的位移x 0=v 22a =18 m>10 m ,则滑块第二次在传送带上滑行时,速度没有减小到零就离开传送带,由匀变速运动的位移公式可得l =vt -12at 2,解得t =2 s(t =10 s 舍去),在此时间内传送带的位移x =vt =6×2 m =12 m ,滑块第二次在传送带上滑行时,滑块和传送带系统产生的内能Q =μmg (l +x )=0.1×10×10×(10+12) J =220 J 。
2.如图所示,一平直的传送带以速度v =2m/s 匀速运动,传送带把A 处的工件运送到B 处,A 、B 相距L =10m ,从A 处把工件无初速地放到传送带上,经过时间t =6s ,能传送到B 处,求:(1)工件在传送带上加速运动过程中的加速度大小及加速运动的时间;(2)欲用最短的时间把工件从A 处传送到B 处,求传送带的运行速度至少多大?【答案】:(1)1m/s2 (2)52【解析】:对工件受力分析:g a ma mg μμ==....对工件进行运动分析:假设工件从静止释放到与传送带共速共需要经历的时间为t 速度关系:)1...(at v =代入得2=at t=2s位移关系:)2)...(6(212t v at l -+=,代入相关参数得:a=1m/s 2 如果工件在传送带上一路匀加速刚好到达B 端时的速度为V ,且刚好与传送带共速,此时传送带的速度即为其临界的最小速度。
传送带问题中关于电动机多做功的两种求法例题1:倾角θ=37°的传送带以大小v0=4 m/s的速度顺时针转动,一质量m=0.4 kg的煤块(视为质点)无初速度地从传送带底端滑到h=3 m的顶端,煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.8,重力加速度大小g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,传送带的传送轮的大小不计,不考虑传送带的电机发热消耗的能量,则传送带因传送煤块而多消耗的电能为多少?分析:煤块加速阶段对其进行受力分析,由牛顿第二定律有μmg cos θ-mg sin θ=ma,解得a=0.4 m/s2,由几何关系可知,传送带底端到顶端的距离s=hsin θ=5 m,假设煤块在传送带上一直加速,设其到达传送带顶端时速度为v,有v2=2as,解得v=2 m/s<v0,即满足提出的假设。
煤块在传送带上加速的时间为t,有v=at,解得t=5 s,则该时间内,传送带运动的距离为L,有L=v0t=20 m,则煤块在传送带上的相对位移(划痕)Δs=L-s=15 m,解法1:考虑多做的功到哪儿去了由功能关系可知,传送带多消耗的电能转化为了煤块的动能、煤块增加的重力势能以及因摩擦而产生的热能,有E=mgh+12mv2+μmg cos θ·Δs=51.2 J解法2:考虑为什么要多做功以传送带为研究对象,传送带速度不变则动能不变,因此合力对传送带做功为零。
放上物体后,传送带会受到一个摩擦力,因此电动机多做的功就等于传送带克服摩擦力做功。
E=μmg cosθl=51.2j例题2:一水平传送带由电动机带动以v=2 m/s的速度匀速转动,转动方向如图所示。
可视为质点的甲、乙两物体分别以v1=1 m/s 和v2=3 m/s的速率从传送带的两端A、B处按图示方向同时滑上传送带。
已知两物体在同一条直线上运动,且运动过程中恰好没有相碰。
两物体与传送带间的动摩擦因数均为μ=0.5,质量均为m=1 kg,重力加速度g取10 m/s2。
ʏ北京师范大学贵阳附属中学 陈卫国(正高级教师)将物体轻放在以速度v 0匀速转动的倾斜传送带一端,其运动情况遵循两类力学规律㊂(1)动力学规律:在倾斜传送带上,物体始终受到沿斜面向下的重力的分力m gs i n θ,但物体受到的摩擦力需要依据m g s i n θ与μm g c o s θ的大小关系(μȡt a n θ与μ<t a n θ)具体分析,物体在传送带上运动时的加速度a =g s i n θʃμg c o s θ(令沿传送带斜向下为 + 方向,摩擦力与沿斜面向下的重力的分力同向时取 + ,反向时取 - )㊂在物体与传送带达到共同速度时,摩擦力将发生突变,物体在摩擦力发生突变前后往往具有不同的运动形式㊂(2)能量规律:在物体与传送带相对滑动的过程中,电动机多输出的能量W 带=ΔE k +ΔE p+Q ,二者因相对运动而产生的热量Q =f ㊃Δx =(μm g c o s θ)㊃Δx ㊂一、将物体轻放在传送带上的运动情况分析图1物理原型:如图1所示,传送带与水平面间的夹角为θ,传送带A ㊁B 两端间的长度为L ,传送带以速率v 0匀速转动㊂在传送带A 端或B 端无初速度地放一个质量为m 的物体,它与传送带间的动摩擦因数为μ,试分析物体在传送带上的运动情况㊂(设物体离开传送带时的速度为v L ,物体与传送带的相对位移为Δx ,且物体可视为质点)1.无初速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(传送带沿顺时针方向转动)㊂(1)图像解析:如表1所示㊂表1传送带长度物体的运动情况物体的v -t 图像相对运动的时间t 1相对位移Δx产生的内能Q不够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带上端时的速度小于传送带的速度)t 1=2Lμg c o s θ-g s i n θΔx =S =12[(v 0-v L )+v 0]㊃t 1其中v L =2g (μc o s θ-s i n θ)L 刚够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带上端时的速度等于传送带的速度)t 1=2Lμg c o s θ-g s i n θ或t 1=2Lv 0Δx =S =v 0㊃t 12足够长物体先做匀加速运动后做匀速运动t 1=v 0μg c o s θ-g s i n θΔx =S =v 0㊃t 12Q =f ㊃Δx 其中f =μm g c o s θ说明:物体在传送带上的最大速度不大于传送带的速度(2)物理解析:将物体轻放到传送带的下端时,只有当f -m g s i n θ>0,即μm gc o s θ>m g s i n θ时,物体才会被传送带带动向上做加速运动,且加速度大小a =μg c o s θ-g s i n θ㊂假定物体一直做加速运动到传送带上端,则物体离开传送带时的速度v L =2g (μc o s θ-s i n θ)L ㊂显然,当L 不够长或恰够长,即v 0ȡv L 时,物体在传送带上将一直做加速运动直至从传送带上端离开;当L 足够长时,物体在传送带上将先做加速运动,后以v 0做匀速运动,直至从传送带上端离开㊂2.无初速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(传送带沿逆时针方向转动)㊂(1)图像解析:如表2所示㊂表2传送带长度物体的运动情况物体的v -t 图像相对运动的时间t 1相对位移Δx产生的内能Q不够长物体一直做匀加速运动(物体到达传达带下端时的速度小于传送带的速度)t 1=2Lμg c o s θ+g s i n θΔx =S =12[(v 0-v L )+v 0]㊃t 1其中v L =2g (μc o s θ+s i n θ)L 刚够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度等于传送带的速度)t 1=2Lμg c o s θ+g s i n θ或t 1=2Lv 0Δx =S =v 0㊃t 12足够长物体先以加速度a =g s i n θ+μg c o s θ做匀加速运动,至物体的速度等于传送带的速度后,可能因静摩擦力而做匀速运动,也可能做另外的匀加速运动㊂(1)若g s i n θɤμg c o s θ,即μȡt a n θ,则物体将以速率v 0匀速下行(2)若g s i n θ>μg c o s θ,即μ<t a n θ,则物体将以加速度a =g s i n θ-μg c o s θ匀加速下行Q =f ㊃Δx 其中f =μm g c o s θ (2)物理解析:将物体轻放到传送带的上端时,物体受到的滑动摩擦力沿斜面向下,加速度大小a =μg c o s θ+g s i n θ㊂假定物体一直做加速运动到传送带下端,则物体离开传送带时的速度v L =2g (μc o s θ+s i n θ)L ㊂显然,当L 不够长或恰够长,即v 0ȡv L 时,物体在传送带上将一直做加速运动直至从传送带下端离开;当L 足够长时,物体先以加速度a =g s i n θ+μg c o s θ做匀加速运动,当其速度等于传送带的速度后,若g s i n θɤμg c o s θ,即μȡt a n θ,则物体将以速率v 0匀速下行,若g s i n θ>μg c o s θ,即μ<t a n θ,则物体将以加速度a =g s i n θ-μg c o s θ匀加速下行㊂二、将物体以与传送带同方向的速度放上沿顺时针方向转动传送带的运动情况分析图2物理原型:如图2所示,传送带与水平面间的夹角为θ,传送带A ㊁B 两端间的长度为L ,传送带以速率v 0沿顺时针方向转动㊂在传送带下端A 放一个质量为m ㊁初速度为v 1的物体,它与传送带间的动摩擦因数为μ,试分析物体在传送带上的运动情况㊂(设物体离开传送带时的速度为v L ,物体与传送带的相对位移为Δx ,且物体可视为质点)1.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v 1<v 0且μm g c o s θ>m g s i n θ)㊂(1)图像解析:如表3所示㊂表3传送带长度物体的运动情况物体的v-t图像相对运动的时间t1相对位移Δx产生的内能Q不够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带上端时的速度小于传送带的速度)t1=v L-v1μg c o sθ-g s i nθ其中v L=v21+2g(μc o sθ-s i nθ)LΔx=S=12[(v0-v1)+(v0-v L)]㊃t1刚够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带上端时的速度等于传送带的速度)t1=v0-v1μg c o sθ-g s i nθΔx=S=(v0-v1)㊃t12足够长物体先做匀加速运动后做匀速运动t1=v0-v1μg c o sθ-g s i nθΔx=S=(v0-v1)㊃t12Q=f㊃Δx说明:物体在传送带上的最大速度不大于传送带的速度(2)物理解析:物体将被传送带带动向上做加速度a=μg c o sθ-g s i nθ的加速运动,假定物体一直做加速运动,则物体从传送带上端离开时的速度v L=v21+2g(μc o sθ-s i nθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,即v0ȡv L时,物体在传送带上将一直做加速运动直至从传送带上端离开;当L足够长时,物体在传送带上将先加速至v0,后以v0做匀速运动,直至从传送带上端离开㊂2.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v1<v0且μm g c o sθ<m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的减速运动,假定物体一直做减速运动直至从传送带上端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21-2g(s i nθ-μc o sθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,即v Lȡ0,v1ȡ2g(s i nθ-μc o sθ)L时,物体在传送带上将一直做减速运动直至从传送带上端离开;当L足够长时,物体在传送带上将先向上做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的减速运动,后向下做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的加速运动,直至从传送带下端离开㊂3.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v1=v0且μm g c o sθ<m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的减速运动,并从传送带下端离开㊂4.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v1=v0且μm g c o sθȡm g s i nθ)㊂物理解析:物体将一直以速度v0随传送带做匀速运动直至从传送带上端离开㊂5.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v1>v0且μm g c o sθ>m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ+μg c o sθ的减速运动,假定物体一直做减速运动直至从传送带上端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21-2g(s i nθ+μc o sθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,即v0ɤv L时,物体将一直做减速运动直至从传送带上端离开;当L足够长时,物体将先做减速运动,后以v 0做匀速运动,直至从传送带上端离开㊂6.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析(v 1>v 0且μm g c o s θ<m g s i n θ)㊂物理解析:物体将做加速度a =g s i n θ+μg c o s θ的减速运动,假定物体一直做匀减速运动直至从传送带上端离开,则物体离开传送带时的速度v L =v 21-2g (s i n θ+μc o s θ)L ㊂显然,当L 不够长或恰够长,且v 1>v L ȡv 0时,物体将一直做减速运动直至从传送带上端离开;当L 不够长或恰够长,且v 1>v 0>v L ȡ0时,物体将先以加速度a =g s i n θ+μg c o s θ做减速运动,当物体的速度减小到v 0后,继续以加速度a '=g s i n θ-μg c o s θ做减速运动,直至从传送带上端离开;当v 1<2g (s i n θ+μc o s θ)L 时,物体有两种可能的运动情形,一种是若L 不够长或恰够长,则物体将先向上做加速度a =g s i n θ+μg c o s θ的减速运动,当物体的速度减小到v 0后,继续向上以加速度a '=g s i n θ-μg c o s θ做减速运动,直至从传送带上端离开,另一种是若L 足够长,则物体将先向上做加速度a =g s i n θ+μg c o s θ的减速运动,当物体的速度减小到v 0后,继续向上以加速度a '=g s i n θ-μg c o s θ做减速运动,直至速度减小到0,然后向下做加速度a '=g s i n θ-μg c o s θ的加速运动,直至从传送带下端离开㊂三、将物体以与传送带同方向的速度放上沿逆时针方向转动传送带的运动情况分析图3物理原型:如图3所示,传送带与水平面间的夹角为θ,传送带A ㊁B 两端间的长度为L ,传送带以速率v 0沿逆时针方向转动㊂在传送带上端B 放一个质量为m ㊁初速度为v 1的物体,它与传送带间的动摩擦因数为μ,试分析物体在传送带上的运动情况㊂(设物体离开传送带时的速度为v L ,物体与传送带的相对位移为Δx ,且物体可视为质点)1.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v 1<v 0且μm g c o s θ>m g s i n θ)㊂(1)图像解析:如表4所示㊂表4传送带长度物体的运动情况物体的v -t 图像相对运动的时间t 1相对位移Δx产生的内能Q不够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度小于传送带的速度)t 1=v L -v 1μg c o s θ+g s i n θ其中v L =v 21+2g (μc o s θ+s i n θ)L Δx =S =12[(v 0-v 1)+(v 0-v L )]㊃t 1刚够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度等于传送带的速度)t 1=v 0-v 1μg c o s θ+g s i n θΔx =S =(v 0-v 1)㊃t 12足够长物体先做匀加速运动后做匀速运动t 1=v 0-v 1μg c o s θ+g s i n θΔx =S =(v 0-v 1)㊃t 12Q =f ㊃Δx说明:物体在传送带上的最大速度不大于传送带的速度(2)物理解析:物体将做加速度a =μg c o s θ+g s i n θ的加速运动,假定物体一直做加速运动直至从传送带下端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21+2g(μc o sθ+s i nθ)L㊂显然,当L 不够长或恰够长,即v0ȡv L时,物体在传送带上将一直做加速运动直至从传送带下端离开;当L 足够长时,物体在传送带上将先加速至v0,后以v0做匀速运动,直至从传送带下端离开㊂2.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v1<v0且μm g c o sθ<m g s i nθ)㊂(1)图像解析:如表5所示㊂表5传送带长度物体的运动情况物体的v-t图像相对运动的时间t1相对位移Δx产生的内能Q不够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度小于传送带的速度)t1=v L-v1μg c o sθ+g s i nθ其中v L=v21+2g(s i nθ+μc o sθ)LΔx=S=12[(v0-v1)+(v0-v L)]㊃t1刚够长物体一直做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度等于传送带的速度)t1=v0-v1μg c o sθ+g s i nθΔx=S=(v0-v1)㊃t12Q=f㊃Δx足够长物体分段做匀加速运动(物体到达传送带下端时的速度大于传送带的速度)物体加速至v0时,t1=v0-v1μg c o sθ+g s i nθ物体加速至v0时,Δx=S=(v0-v1)㊃t12物体加速至v0时,Q=f㊃Δx(2)物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ+μg c o sθ的加速运动,假定物体一直做加速运动直至从传送带下端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21+2g(s i nθ+μc o sθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,即v0ȡv L时,物体在传送带上将一直做加速运动直至从传送带下端离开;当L足够长,即v1<v0<v L时,物体在传送带上将先加速至v0,后以加速度a'=g s i nθ-μg c o sθ做加速运动,直至从传送带下端离开㊂3.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v1=v0且μm g c o sθ>m g s i nθ)㊂物理解析:物体将一直以速度v0随传送带做匀速运动直至从传送带下端离开㊂4.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v1=v0且μm g c o sθ<m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的加速运动,并以速度v L= v21+2(g s i nθ-μg c o sθ)L从传送带下端离开㊂5.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v1>v0且μm g c o sθ>m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=μg c o sθ-g s i nθ的减速运动,假定物体一直做减速运动直至从传送带下端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21-2g(μc o sθ-s i nθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,即v0ɤv L时,物体将一直做减速运动直至从传送带下端离开;当L足够长时,物体将先减速至v0,后以v0做匀速运动,直至从传送带下端离开㊂6.与传送带具有同向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析(v1>v0且μm g c o sθ<m g s i nθ)㊂物理解析:物体将做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的加速运动,不论L不够长㊁恰够长或足够长,物体在传送带上都将一直加速至v L=v21+2g(s i nθ-μc o sθ)L,并从传送带下端离开㊂四、将物体以与传送带反方向的速度放上传送带的运动情况分析物理原型:如图4所示,传送带与水平面间的夹角为θ,传送带A㊁B两端间的长度为L,传送带以速率v0匀速转动㊂在传送带A端或B端放一个质量为m㊁初速度为v1的物体(可视为质点),它与传送带间的动摩擦因数为μ,试分析物体在传送带上的运动情况㊂图41.与传送带具有反向速度的物体沿倾斜传送带向上滑行的运动情况分析㊂物理解析:物体以初速度v1从传送带下端向上滑行时,物体将做加速度a=g s i nθ+μg c o sθ的减速运动,假定物体一直做减速运动直至从传送带上端离开,则物体离开传送带时的速度v L=v21-2g(s i nθ+μc o sθ)L㊂显然,当L不够长或恰够长,致v Lȡ0,即v1ȡ2(g s i nθ+μg c o sθ)L时,不论μ为何值,物体将一直做减速运动直至从传送带上端离开㊂当L足够长,致v1<2g(s i nθ+μc o sθ)L时,在μȡt a nθ的情况下,物体将先向上做加速度a=g s i nθ+μg c o sθ的减速运动至速度减小为0,再向下以加速度a=g s i nθ+μg c o sθ做反向的匀加速运动,若|v1|<|v0|,则物体最终将以速率|v1|从传送带下端离开,若|v1|>|v0|,则物体最终将以速率|v0|从传送带下端离开;在μ<t a nθ的情况下,物体将先向上做加速度a= g s i nθ+μg c o sθ的减速运动至速度减小为0,再向下以加速度a=g s i nθ+μg c o sθ做反向的匀加速运动,若|v1|<|v0|,则物体最终将以速率|v1|从传送带下端离开,若|v1|>|v0|,则物体将在反向加速至|v0|后,再以加速度a'=g s i nθ-μg c o sθ做匀加速运动,直至从传送带下端离开㊂2.与传送带具有反向速度的物体沿倾斜传送带向下滑行的运动情况分析㊂物理解析:物体以初速度v1从传送带上端向下滑行时,在μ<t a nθ的情况下,物体将做加速度a=g s i nθ-μg c o sθ的加速运动,直至以速度v L=v21+2g(s i nθ-μc o sθ)L从传送带下端离开;在μȡt a nθ的情况下,物体将以速度v做匀速运动,直至从传送带下端离开㊂编后语:图像是数与形㊁动与静㊁抽象与形象㊁数学与物理相结合的产物,具有形象㊁直观㊁简明㊁实用的特点㊂利用图像法能够解决的物理问题,用常规方法一般都能解决,但图像法以它直观㊁简洁的特点避免了繁杂的运算,因而远远优于常规方法㊂加强物理图像问题的研究,可以有效提高同学们的抽象思维能力和利用数学知识解决物理问题的能力㊂ 倾斜传送带 模型中不同条件下的运动情况都可以利用图像法进行形象㊁直观的描述,本文受到篇幅的限制,只用图像法展示了部分条件下 倾斜传送带 模型运动情况图像法的处理结果,学有余力的同学可以根据文中展示的物理解析自行制表完成图像解析,为自己的复习备考助力㊂(责任编辑张巧)。
物理传送带模型详解
物理传送带模型是一种常见的物理问题,用于研究物体在传送带上传送的过程。
以下是对物理传送带模型的详细解释:
1. 模型描述:物理传送带模型通常由一个传送带和一个或多个物体组成。
传送带可以是水平的、倾斜的或带有转弯。
2. 动力学分析:在传送带模型中,我们需要考虑物体与传送带之间的摩擦力。
摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力。
静摩擦力用于使物体开始运动,而动摩擦力则在物体运动时起到阻碍作用。
3. 速度分析:根据摩擦力的情况,物体在传送带上的运动可以是加速、匀速或减速。
当摩擦力大于物体所受的其他力时,物体将加速;当摩擦力等于其他力时,物体将匀速运动;当摩擦力小于其他力时,物体将减速。
4. 能量分析:在传送带模型中,还需要考虑能量的转化和守恒。
传送带的运动可能由电动机等外部能源提供,而物体在传送带上的运动则涉及动能和势能的变化。
5. 应用:物理传送带模型在实际生活中有很多应用,如工厂生产线、物流输送系统等。
通过对传送带模型的研究,可以帮助我们设计更高效、安全的输送系统。
以上就是物理传送带模型的基本详解。
需要注意的是,具体的问题可能会有不同的条件和约束,因此在解决具体问题时,需要根据实际情况进行分析和计算。
希望这个解释对你有所帮助!如果你对特定的传送带问题有更详细的需求,请随时告诉我。
传送带问题归类分析传送带是运送货物的一种省力工具,在装卸运输行业中有着广泛的应用,本文收集、整理了传送带相关问题,并从两个视角进行分类剖析:一是从传送带问题的考查目标(即:力与运动情况的分析、能量转化情况的分析)来剖析;二是从传送带的形式来剖析.(一)传送带分类:(常见的几种传送带模型)1.按放置方向分水平、倾斜和组合三种;2.按转向分顺时针、逆时针转两种;3.按运动状态分匀速、变速两种。
(二)传送带特点:传送带的运动不受滑块的影响,因为滑块的加入,带动传送带的电机要多输出的能量等于滑块机械能的增加量与摩擦生热的和。
(三)受力分析:传送带模型中要注意摩擦力的突变(发生在v物与v带相同的时刻),对于倾斜传送带模型要分析mgsinθ与f的大小与方向。
突变有下面三种:1.滑动摩擦力消失;2.滑动摩擦力突变为静摩擦力;3.滑动摩擦力改变方向;(四)运动分析:1.注意参考系的选择,传送带模型中选择地面为参考系;2.判断共速以后是与传送带保持相对静止作匀速运动呢?还是继续加速运动?3.判断传送带长度——临界之前是否滑出?(五)传送带问题中的功能分析1.功能关系:W F=△EK+△E P+Q。
传送带的能量流向系统产生的内能、被传送的物体的动能变化,被传送物体势能的增加。
因此,电动机由于传送工件多消耗的电能就包括了工件增加的动能和势能以及摩擦产生的热量。
2.对WF 、Q 的正确理解(a)传送带做的功:WF =F·S 带 功率P=F× v带 (F 由传送带受力平衡求得)(b)产生的内能:Q =f·S 相对(c )如物体无初速,放在水平传送带上,则在整个加速过程中物体获得的动能E K ,因为摩擦而产生的热量Q 有如下关系:E K =Q=2mv 21传 。
一对滑动摩擦力做的总功等于机械能转化成热能的值。
而且这个总功在求法上比一般的相互作用力的总功更有特点,一般的一对相互作用力的功为W=f 相s 相对,而在传送带中一对滑动摩擦力的功W =f 相s ,其中s为被传送物体的实际路程,因为一对滑动摩擦力做功的情形是力的大小相等,位移不等(恰好相差一倍),并且一个是正功一个是负功,其代数和是负值,这表明机械能向内能转化,转化的量即是两功差值的绝对值。
传送带中的能量能量分析 2 传送带中的能量能量分析 象山中学 李铁林 传送带作为一种运输工具,其能量的转化主要考虑两个方面:①、增加物体的机械能(动能和势能)②、增加系统的内能(即由于物体和皮带之间发生相对运动因摩擦而产生的热量) 例1. 如图,电机带动传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止放在传送带上(传送带足够长)若小木 块与传送带之间的动摩擦因数为µ,当小木块与传送带相对静止时,求:⑴、小木块的位移。⑵、传送带经过的路程。⑶、小木块获得的动能。⑷、摩擦过程产生的热量。⑸电机带动传送带匀速转动输出的总能量。
分析:木块刚放上时速度为零,必然受到传送带的滑动摩擦力作用做匀加速直线运动,达到与传送带有共同速度后不再有相对运动,整个过程中木块获得一定的动能,系统要产生摩擦热。 对木块:相对滑动时,a=µg,达到相对静止所用的时间为t=vg,木块的位移21122vsvtg,传送带的位移22vsvtg,
木块相对传送带的位移2212vsssg,小木块获得的动能 3
212kEmv,产生的热量22121
1()()2Qfsfssmgssmv,电动机输
出的总能量转化为小木块的动能和系统产生的热量2kEEQmv
注意:当木块的初速为零时,木块经过的位移和木块相对皮带的位移恰好相等,这一特点要记住,在解题中很有用处。 2.如图,已知传送带两轮的半径r=1m,传动中传送带不打滑,质量为1kg的物体从光滑轨道A点无初速下滑(A点比B点高h=5m),物体与传送带之间的动摩擦因数2.0,当传送带静止时,物体恰能在C点离开传送带,则 (1)BC两点间距离为多少? (2)若要使物体从A点无初速释放后能以最短时间到达C点,轮子转动的角速度大小应满足什么条件? (3)当传送带两轮以12rad/s的角速度顺时针转动时,物体仍从A点无初速释放,在整个过程中物体与皮带系统增加的内能为多少? 解:(1)设物体质量为m,在C点时运动速度为Cv,BC间距离为s。因物体恰在c点离开传送带,则rvmmgC2,
由动能定理,得221Cmvmgsmgh,联立得,10Cv m/s, 4
5.22sm (2)物体以最短时间到达C点,因此BC段物体以最大加速度做匀加速运动,设加速度为a,物体在B、C两点的速度分别为Bv、Cv,则2102.0gam/s2,
22
1
Bmvmgh,asvvBC222,
联立解得,8.13Cvm/s,轮子转动的角速度8.13r
vC
rad/s
(3)由于轮子的角速度小于13.8 rad/s,物体在BC段一定先加速后匀速运动,物体在BC段加速运动的时间为121012avts,物体经过的位移为s1=212at=12vt,皮带经过的位移为s2=vt,则物体与皮带间相对位移为12tvsm,2smgsffsQJ 注意:①、系统增加的内能等于系统克服摩擦力做的功,也等于滑动摩擦力与相对位移的乘积。②、当物块的初速为零时,皮带经过的位移是物块经过的位移的二倍,相对位移在数值上等于物块经过的位移。③、皮带经过的位移和物块经过的位移都是相对地面的位移。④、在第二问中,要使物体在传送带上运动的时间最短,必须使物体以最大的加速度(ag)加速,到达最右端时与皮带的速度相等,此时皮带轮的角速度为临界角速度,也是皮带轮转动的最小角速度。 5
3、传送带以恒定速度υ=1.2m/S运行, 传送带与水平面的夹角为37º。现将质量m=20kg的物品轻放在其底端,经过一段时间物品被送到1.8m高的平台上,如图所示。已知物品与传送带之间的摩擦因数μ=0.85,则 (1)物品从传送带底端到平台上所用的时 间是多少? (2)每送一件物品电动机需对传送带做的 功是多少? 解:(1) 物体沿斜面运动的加速度2o/8.037sin37cossmgugao
---①
设物体在斜面上的加速时间为t1 由smatv/2.11 ---------------------------- ② 得:st5.11-------------------------------------------③ 物体沿皮带加速运动的位移为mvts9.02111 匀速运动的
位移为)(1.237sin12mshso----⑤ 物体匀速运动的时间为)(75.122svst -------------------------⑥ 总时间为)(25.321sttt -------------------------------------⑦ 评分标准:①④⑦各2分 ②③⑤⑥各1分 共10分 (2) 送一件物品电动机对传送带做的功 在数 6
值上等于摩擦产生的热量和物品增加的机械能 QmghmvW22
1 -------------------------------①
)21(37cos110vtvtmgQ --------------------- ② 解得: )(6.489JW-------------------------------③ 注意:电动机对物体做的功都干什么?头脑一定要清楚。Q等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,相对位移刚好等于物体在皮带上经过的位移。 4.如图所示,传递皮带以1 m/s的速度水平匀速运动,砂斗以20 kg/s的流量向皮带上装砂子.为了保持传递速率不变,驱动皮带的电动机因此应增加的功率为多
少?v 解析:砂子属于连续流体,其质量是变化的,选择研究对象时应以每秒钟流到皮带上的砂子为研究对象,设每秒钟流到皮带上的砂子的质量为m,则每秒钟流到皮带上的砂子获得的动能为ΔEk=21mv2砂子在皮带上先加速后匀速,在达到与皮带的速度v相等之前,相对皮带向后滑动,每秒转化为内能的机械能为: Q=fs
相对=μmgs相对而s相对
=vt-av22,其中a=mmg=μg,
t=av=gv 代入上式得s相对=gv22
所以Q=μmggv22=21mv2 7
因此,电动机必须增加的功率为: ΔP=tQEk=tmv2 代入数值m=20 kg,Δt=1 s,v=1 m/s,得ΔP=20 W. 注意:电动机增加的功率用于增加砂子的机械能和用于克服系统的摩擦力做功 5.一传送带装置示意图如图2所示,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形(圆弧由光滑模板形成,为画出),经过CD区域时是倾斜的,AB和CD都与BC相切。现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零,经传送带运送到D处,D和A的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变,CD段上各箱等距排列,相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止,且以后也不再滑动(忽略经BC段时的微小滑动)。已知在一段相当长的时间T内,共运送小货箱的数目为N。这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦。求电动机的平均输出功率P。 解:设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动再做匀速运动,设加速阶段经过的位移为s,所用时间为t,
B L
L
A C
D
图2 8
加速度为a,则对小箱有221ats① atv0② 在这段时间内,传送带经过的位移为tvs00 ③ 由以上可得ss20 ④ 用f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为
202
1mvfxA ⑤
传送带克服小箱对它的摩擦力做功2000212mvfxA ⑥ 两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 2021mvQ ⑦ 可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等。 T时间内,电动机输出的功为 TPW ⑧ 此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热,即
NQNmghNmvW202
1 ⑨
已知相邻两小箱的距离为L,所以 NLTv0 ⑩ 联立⑦⑧⑨⑩,得][222ghTLNTNmP ⑾ 做此题时应注意以下几点:①、物体与传送带之间的相对运动只发生在水平段,②、在以上解答过程中⑤ 9
⑥两式可以省略,③、小箱数目的计算最容易出错。 6.如图所示,水平传送带AB长为L,质量为M的木块随传送带一起以0v的速度向左匀速运动(传 送带速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数,且满足Lgv20。当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m的子弹以v水平向右的速度射入木块并留在其中,求: (1)子弹击中木块的过程中损失的机械能; (2)要使木块在传送带上发生相对运动时产生的热量最多,子弹的速度为多少?这个最大热量为多少?
解析:(1)子弹击中木块的过程中,子弹与木块水平 方向上动量守恒。
mMMvmvvvmMMvmv00)( ①
损失的机械能为△E ]2[)(2)(2121200222MvvmvmvmMMvmMmvE ②
(2)要使木块在传送带上发生相对运动时产生的热量最多,则需要木块滑到右端B处时,木块相对地面的速度为零,设木块击中后从A端运动到B端的时间为t1,则有: