“传送带类问题”的归纳和解析

传送带问题传送带问题 (1)一、动力学分析及“划痕”问题 (1)1.物体无初速度 ......................................................................................................................................... 1 2.物体有初速度 ......................................................................................................................................... 2 二、传送带中的能量问题 .............................................................................................................................. 6 三、倾斜的传送带及其它变形 .................................................................................................................... 7 四、传送带与动量守恒定律和能量守恒定律相联系 (10)一、动力学分析及“划痕”问题 1.物体无初速度解决这类题目的方法如下：选取研究对象，对所选研究对象进行隔离处理。

对轻轻放到运动的传送带上的物体，由于相对传送带向后滑动，受到沿传送带运动方向的滑动摩擦力作用，决定了物体将在传送带所给的滑动摩擦力作用下，做匀加速运动，直到物体达到与皮带相同的速度，不再受摩擦力，而随传送带一起做匀速直线运动。

这里有一种特殊情况：由于传送带太短，在物体与传送带共速之前就到头了，那物体在整个过程中做的就是匀加速运动。

牛顿第二定律的运用之传送带问题一、传送带水平放，传送带以一定的速度匀速转动，物体轻放在传送带一端，此时物体可能经历两个过程——匀加速运动和匀速运动。

【例题1】在民航和火车站可以看到用于对行李进行安全检查的水平传送带，当旅客把行李放到传送带上时，传送带对行李的摩擦力使行李开始运动，最后行李随传送带一起前进，设传送带匀速前进的速度为0.6m/s，质量为4.0kg的皮箱在传送带上相对滑动时，所受摩擦力为24N，那么，这个皮箱无初速地放在传送带上后，求：（1）经过多长时间才与皮带保持相对静止？（2）传送带上留下一条多长的摩擦痕迹？【答案】分析：（1）行李在传送带上先做匀加速直线运动，当速度达到传送带的速度，和传送带一起做匀速直线运动（2）传送带上对应于行李最初放置的一点通过的位移与行李做匀加速运动直至与传送带共同运动时间内通过的位移之差即是擦痕的长度解答：解：（1）设皮箱在传送带上相对运动时间为t，皮箱放上传送带后做初速度为零的匀加速直线运动，由牛顿运动定律：皮箱加速度：a==m/s2=6m/s2由v=at 得t==s=0.1s（2）到相对静止时，传送带带的位移为s1=vt=0.06m皮箱的位移s2==0.03m摩擦痕迹长L=s1--s2=0.03m（10分）所以，（1）经0.1s行李与传送带相对静止（2）摩擦痕迹长0.0.03m二、传送带斜放，与水平方向的夹角为θ，将物体轻放在传送带的最低端，只要物体与传送带之间的滑动摩擦系数μ≥tanθ，那么物体就能被向上传送。

此时物体可能经历两个过程——匀加速运动和匀速运动。

【例题2】如图2—4所示，传送带与地面成夹角θ=37°，以10m/s的速度顺时针转动，在传送带下端轻轻地放一个质量m=0.5㎏的物体，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.9，已知传送带从A→B的长度L=50m，则物体从A到B需要的时间为多少？解：物体放上传送带后，开始一段时间t1内做初速度为0的匀加速直线运动，对小物体受力分析如下图所示：可知，物体所受合力F合=f-Gsinθ又因为f=μN=μmgcosθ所以根据牛顿第二定律可得：此时物体的加速度a===m/s2=1.2m/s2当物体速度增加到10m/s时产生的位移x===41.67m因为x＜50m所以=8.33s所以物体速度增加到10m/s后，由于mgsinθ＜μmgcosθ，所以物体将以速度v做匀速直线运动故匀速运动的位移为50m-x，所用时间所以物体运动的总时间t=t1+t2=8.33+0.83s=9.16s答：物体从A到B所需要的时间为9.16s．三、传送带斜放，与水平方向的夹角为θ，将物体轻放在传送带的顶端，物体被向下传送。

如图所示，长L=1.5 m，高h=0.45 m，质量M=10 kg的长方体木箱，在水平面上向右做直线运动．当木箱的速度v0=3.6 m/s时，对木箱施加一个方向水平向左的恒力F=50 N，并同时将一个质量m=l kg的小球轻放在距木箱右端的P点(小球可视为质点，放在P点时相对于地面的速度为零)，经过一段时间，小球脱离木箱落到地面．木箱与地面的动摩擦因数为0.2，其他摩擦均不计．取g=10 m/s2．求：⑴小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间；⑵小球放到P点后，木箱向右运动的最大位移；⑶小球离开木箱时木箱的速度．【解答】：⑴设小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间为t，由于，①则s．②⑵小球放到木箱后相对地面静止，木箱的加速度为m/s2．③)木箱向右运动的最大位移为m ④⑶x1<1 m，故小球不会从木箱的左端掉下．木箱向左运动的加速度为m/s2⑤设木箱向左运动的距离为x2时，小球脱离木箱m ⑥设木箱向左运动的时间为t2，由，得s ⑦小球刚离开木箱瞬间，木箱的速度方向向左，大小为m/s ⑧如图所示，一质量为m B = 2 kg的木板B静止在光滑的水平面上，其右端上表面紧靠一固定斜面轨道的底端（斜面底端与木板B右端的上表面之间有一段小圆弧平滑连接），轨道与水平面的夹角θ= 37°.一质量也为m A = 2 kg的物块A由斜面轨道上距轨道底端x0 = 8 m处静止释放，物块A刚好没有从木板B的左端滑出．已知物块A与斜面轨道间的动摩擦因数为μ= 0.25，与木板B上表面间的动摩擦因数为μ2 = 0.2，sinθ = 0.6，cosθ = 0.8，g 1取10 m/s2，物块A可看做质点．求：⑴ 物块A刚滑上木板B时的速度为多大？⑵ 物块A从刚滑上木板B到相对木板B静止共经历了多长时间？(3)木板B有多长？【解答】：⑴ 物块A从斜面滑下的加速度为a1，则m A g sinθ–μ1m A g cosθ = m A a1，解得a= 4 m/s2，物块A滑到木板B上的速度为v1 = = 8 m/s．1⑵ 物块A在木板B上滑动时，它们在水平方向上的受力大小相等，质量也相等，故它们的加速度大小相等，数值为a2 = μ2g = 2 m/s2；设木板B的长度为L，二者最终的共同速度为v2，在达到最大速度时，木板B滑行的距离为x，利用位移关系得v1t2–a2t2/2 - a2t2/2 = L．对物块A有v2 = v1– a2t2，v2–v12 = –2a2(x + L)．对木板B有v = 2a2x，联立解得相对滑行的时间和木板B的长度分别为：t2 = 2s，L = 8 m．如图所示，一块质量为M、长为l的匀质板放在很长的水平桌面上，板的左端有一质量为m 的物块，物块上连接一根很长的细绳，细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮并与桌面平行，某人以恒定的速度v向下拉绳，物块最多只能到达板的中点，且此时板的右端距离桌边定滑轮足够远．求：（1）若板与桌面间光滑，物块与板的动摩擦因数及物块刚到达板的中点时板的位移．（2）若板与桌面间有摩擦，为使物块能到达板右端，板与桌面的动摩擦因数的范围．【解答】：（1）板在摩擦力作用下向右做匀加速运动直至与物块速度相同，此时物块刚到达板的中点，设木板加速度为a1，运动时间为t1，对木板有μ1mg= Ma、v= a1t1 ∴t1 =设在此过程中物块前进位移为s1，板前进位移为s2，则s= vt1、s2 =t1 又因为s1－s2 = ，-1由以上几式可得物块与板间的动摩擦因数μ1= 、板的位移s2 = ．（2）设板与桌面间的动摩擦因数为μ2，物块在板上滑行的时间为t2，木板的加速度为a2，对板有μ1mg― μ2(m + M) g = Ma2，且v = a2t2解得t2 =又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3，则vt―t3 = l，t3 = --3为了使物块能到达板的右端，必须满足t2≥ t3即，则μ2≥ -所以为了使物块能到达板的右端，板与桌面间的摩擦因数μ2≥-【答案】如图所示，倾角a = 37°的固定斜面上放一块质量M = 1 kg，长度 L = 3 m的薄平板AB。

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 ＝12mv 2；(2)产生的热量Q ＝F f Δl ＝F f (l 2－l 1)＝μmg (l 2－l 1)＝12mv 2；(3)传送带克服摩擦力所做的功W ＝μmgl 2＝mv 2；(4)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E ＝E k ＋Q ＝mv 2。

【答案】 (1)12mv 2 (2)12mv 2 (3) mv 2 (4)mv 2【典例2】 如图所示，一传送带与水平面夹角为θ＝30°，以2 m/s 的恒定速度顺时针运行。

现将一质量为10 kg 的工件轻放于传送带底端，经一段时间送到高度为2 m 的高处，工件与传送带间的动摩擦因数为μ＝32。

求带动皮带的电动机由于传送工件多消耗的电能。

即s ′＝2s ＝1.6 m.由于滑动摩擦力做功而增加的内能为Q ＝f Δs ＝μmg cos30°(s ′－s )＝60 J故电动机多消耗的电能为ΔE ＝ΔE k ＋ΔE p ＋Q ＝280 J. 【答案】 280 J 【针对训练】1. 足够长的传送带以v 匀速传动，一质量为m 的小物块A 由静止轻放于传送带上，若小物块与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图71011所示，当小物块与传送带相对静止时，转化为内能的能量为( )A ．mv 2B ．2mv 2C.14mv 2 D ．12mv 2【解析】 物块A 被放于传送带即刻做匀加速直线运动，加速度a ＝μmgm＝μg ， 匀加速过程前进的距离：x 1＝v 22a ＝v 22μg ，该时间内传送带前进距离：x 2＝vt ＝v ·v μg ＝v 2μg，所以物块相对传送带滑动距离：Δx ＝x 2－x 1＝v 22μg ，故产生的内能：Q ＝μmg ·Δx ＝μmg ·v 22μg ＝12mv 2，D 正确。