能量守恒中传送带问题20191023

高中物理专题复习---传送带模型的能量分析微专题34 传送带模型的能量分析传送带模型能量分析的问题主要包括以下两个核心问题：1) 摩擦系统内摩擦热的计算：依据 $Q=F_f \cdotx_{\text{相对}}$，找出摩擦力与相对路程大小即可。

要注意的问题是公式中的 $x_{\text{相对}}$ 并不是指的是相对位移大小。

特别是相对往返运动中，$x_{\text{相对}}$ 为多过程相对位移大小之和。

2) 由于传送物体而多消耗的电能：一般而言，有两种思路：①运用能量守恒，多消耗的电能等于系统能量的增加的能量。

以倾斜向上运动传送带传送物体为例，多消耗的电能$E=\Delta E_{\text{重}} + \Delta E_{\text{k}} + Q_{\text{摩擦}}$。

②运用功能关系，传送带克服阻力做的功等于消耗的电能 $E=fS_{\text{传}}$。

如图所示，水平传送带长为 $s$，以速度 $v$ 始终保持匀速运动，把质量为 $m$ 的货物放到 $A$ 点，货物与传送带间的动摩擦因数为 $\mu$，当货物从 $A$ 点运动到 $B$ 点的过程中，摩擦力对货物做的功不可能是：A。

等于 $mv^2/2$B。

小于 $mv^2/2$C。

大于 $\mu mgs$D。

小于 $\mu mgs$解析：货物在传送带上相对地面的运动可能先加速后匀速，也可能一直加速，而货物的最终速度应小于等于 $v$，根据动能定理知摩擦力对货物做的功可能等于 $mv^2/2$，可能小于$mv^2/2$，可能等于 $\mu mgs$，可能小于 $\mu mgs$，故选C。

2016 湖北省部分高中高三联考) 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 $\mu$，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，下列说法正确的是：A。

能量守恒的传送带及连续体问题【例1】 如图所示，水平传送带长为L=10m ，以v 0=4m/s 的速度逆时针匀速转动，质量为m=1kg 的小物体以初速度v=3m/s 滑上传送带的左端，小物体与传送带间动摩擦因数μ=0.1。

求物体离开传送带时的速度大小和物体与传送带之间产生的热量。

【例2】 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 【例3】 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 37º。

现将质量m=20kg 的物品轻放在其底端，经过一段时间 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 物品被送到1.8m 高的平台上，如图所示。

已知物品与传送带 带的电动机因此应增加的功率为多少？ 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？1变式 水平传送带长为L=10m ，以v0=4m/s 的速度逆时针匀速转动， 质量为m=1kg 的小物体以初速度v=6m/s 滑上传送带的左端， 小物体与传送带间动摩擦因数μ=0.2。

求物体离开传送带时的 速度大小和物体与传送带之间产生的热量。

(g=10m/s2)【例4】 如图(a)所示，一倾角为37°的传送带以恒定速度运行．现将 【例5一质量m=2kg 的小物体以某一初速度放上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图(b)所示，取沿传送带向上为正方向，g=10m/s2． 求：(1)0-10s 内物体位移的大小； (2)物体与传送带间的动摩擦因数； (3)0-10s 内物体机械能增量及因与传送带摩擦产生的热量Q 。

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 1.重心法 轮轴处的摩擦。

求电动机的平均输出功率P 。

【例6】一喷射器，以速度v ，把密度为ρ的液体从面积为S 的喷 口射出，其功率至少是多少？2】一传送带装置示意图如图所示，其中传送带经过AB 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。

传送带中的能量问题知识梳理摩擦力做功与机械能、内能之间转化的关系方法指导：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；例3、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．(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VD、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. (1)小木块的位移x 1＝v 2t ＝v 22μg. (2)传送带始终匀速运动，路程x 2＝vt ＝v 2μg. (3)对小木块获得的动能E k ＝12mv 2 这一问也可用动能定理解：μmgx 1＝E k故E k ＝12mv 2. (4)产生的内能Q ＝μmg (x 2－x 1)＝12mv 2. 注意，这儿凑巧了Q ＝E k ，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＝E k ＋Q ＝mv 2.例2【标准解答】 (1)由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgR ＝12mv 2B ， F N B －mg ＝m v 2B R则：F N B ＝30 N.(2)设m 滑上小车后经过时间t 1与小车同速，共同速度大小为v ，对滑块有：μmg ＝ma 1，v ＝v B －a 1t 1对于小车：μmg ＝Ma 2，v ＝a 2t 1可得t 1＝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l 车＝v 2t 1＋v (1.5 s －t 1)＝1 m. (3)Q ＝μmgl 相对＝μmg (v B ＋v 2t 1－v 2t 1)＝6 J. 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l 相对＝v B ＋v 2t 1－v 2t 1＝2 m 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 ′，则由12mv 2＝12mv ′2＋μmgl 可得：v ′＝0.8 m/s ＞0，可见假设成立．又h ＝12gt ′2，l ′＝v ′t ′. 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，由机械能守恒E p ＝12mv 2 滑块在传送带上做匀加速运动由动能定理μmgL ＝12mv 20－12mv 2 解得：E p ＝12mv 20－μmgL . (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 ＝v 0tv 0＝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 ＝μmg Δs解得：Q ＝mv 0(v 0－ v 20－2μgL )－μmgL .例4【解析】 设赛车越过壕沟需要的最小速度为v 1，由平抛运动的规律 s ＝v 1th ＝12gt 2解得 v 1＝s g 2h＝3 m/s 设赛车恰好越过圆轨道，对应圆轨道最高点的速度为v 2，最低点的速度为v 3，由牛顿运动定律及机械能守恒定律得mg ＝m v 22R12mv 23＝12mv 22＋mg (2R ) 解得v 3＝5gR ＝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v min ＝4 m/s 设电动机工作时间至少为t ，根据功能原理Pt －fL ＝12mv 2min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v 1＝1 m/s ，由动能定理得：－μmgL ＝12mv 12－12mv 02 在v 带＝7 m/s 时，物体做匀加速运动，则平抛初速度为v 2＝7 m/s ，由动能定理得：μmgL ＝12mv 22－12mv 02 解得v 0＝v 12＋v 222＝5 m/s. 答案：(1)匀减速直线运动 匀加速直线运动 (2)5 m/s2、AC。

“传送带模型”【模型特征】一个物体以速度v0(v0≥0)在另一个匀速运动的物体上开始运动的力学系统可看做“传送带”模型，如图(a)、(b)、(c)所示．【建模指导】水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断．判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度，也就是分析物体在运动位移x(对地)的过程中速度是否和传送带速度相等．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．水平传送带模型：【例1】传送带是一种常用的运输工具，被广泛应用于矿山、码头、货场、车站、机场等。

如图所示为火车站使用的传送带示意图。

绷紧的传送带水平部分长度L＝5m，并以v＝2m/s的速度匀速向右运动。

现将一个可视为质点的旅行包无初速度地轻放在传送带的左端，已知旅行包与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.2，g取10m/s2(1)求旅行包经过多长时间到达传送带的右端；(2)若要旅行包从左端运动到右端所用时间最短，则传送带速度的大小应满足什么条件？最短时间是多少？【例2】如图所示，质量为m=1kg的物块，以速度v0=4m/s滑上正沿逆时针方向转动的水平传送带，此时记为时刻t=0，传送带上A、B两点间的距离L=6m，已知传送带的速度v=2m/s，物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2，重力加速度g取10m/s2．关于物块在传送带上的整个运动过程，下列表述正确的是（） A．物块在传送带上运动的时间为4s B．传送带对物块做功为6J C．2s 末传送带对物体做功的功率为0D．整个运动过程中由于摩擦产生的热量为18J倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定其是否受到滑动摩擦力作用．如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况．当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变．倾斜传送带模型：【例3】如图所示，传送带与水平面间的倾角为θ＝37°，传送带以10m/s的速率运行，在传送带上端A处无初速度地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.5，若传送带A到B的长度为16m，则物体从A运动到B的时间为多少？(取g＝10 m/s2)传送带中的能量问题【基础知识】一、静摩擦力做功的特点：1、静摩擦力可以做，也可以做，还可以。

传送带模型的特征是以静摩擦力的转换为纽带来联系传送带和物体的相对运动。

物体随传送带的运动有匀加速直线运动和匀速直线运动，有受滑动摩擦力、静摩擦力以及不受摩擦力三种情况。

处理这类问题时只要分析传送带施加给物体的摩擦力特点、抓住临界条件、挖掘隐含条件，运用牛顿运动定律、运动学公式、功能关系和能量守恒定律列出方程就可解决。

【典例1】如图所示，电动机带动传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块静止放在传送带上(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：
(1) 小木块获得的动能；
(2) 摩擦过程产生的热量；
(3) 传送带克服摩擦力所做的功；
(4) 电动机输出的总能量。

(1)小木块获得的动能E k＝1
2
mv2；
(2)产生的热量Q＝F fΔl＝F f(l2－l1)＝μmg(l2－l1)＝1
2
mv2；。