问题 问答题

为了节能,某货场设计了如图所示的送货装置,长为L的水平传送带右端B与一光滑弧面相连,弧面顶端为储货平台,将货物无初速度轻放在传送带左端A,通过传送带到达B端时具有一定动能,货物可以利用此动能滑上储货平台,平台离传送带高h,在安装调试时传送带以某一速度匀速运动,工人发现货物只能上滑到

h
2
处,为了进一步研究货物不能滑上平台的原因,工人在传送带上用粉笔画了一条直线,当货物放上去后发现有一段长为S0(S0<L)的粉笔线被货物擦过,则

(1)货物与传送带间的动摩擦因数多大?

(2)为了将货物送上储货平台,工人进行了适当调整,使货物滑上平台后刚好停止,分析说明工人采取了什么措施及装置应满足的条件.

(3)在满足(2)的条件下,货物获得的机械能与系统增加的内能之比多大?

答案

(1)货物滑上弧面后机械能守恒,则有    

 

1
2
mv2=mg•
h
2
,得到v=
gh

货物放上传送带后,最初做匀加速运动,设位移为s1,在相同时间内传送带通过的位移为s2,传送带的速度为v,

由运动学公式得:s1=

v
2
t,s2=vt,

又S0=s2-s1

得到:S0=

vt
2

所以得到s1=S0

由动能定理得       

  μmgs1=

1
2
mv2

又所以μ=

h
2S0

(2)因为S0<L,货物与传送带间动摩擦因数一定,因此可用增大加速距离的方法来提高货物离开传送带时的速度,

提高传送带的速度即可增大加速距离,从而提高货物离开传送带时的速度,使

1
2
mv2=mgh即能满足要求.       

此时传送带的长度应不小于货物加速的距离有

  μmgs=

1
2
mv2

联立得到:s=2S0        

又要满足s≤L,则有L≥2S0

(3)在满足(2)的条件下,货物获得的机械能等于增加的重力势能mgh,由(1)得到:△E=μmg2S0

由功能关系知系统增加的内能等于克服摩擦力做的功,即Q=μmgs

由(1)知货物相对传送带的位移为  s=2S0

所以在满足(2)的条件下,货物获得的机械能与系统增加的内能之比值为1:1.

答:

(1)货物与传送带间的动摩擦因数μ=

h
2S0

(2)为了将货物送上储货平台,使货物滑上平台后刚好停止,分析说明工人采取了提高传送带的速度的措施,装置应满足的条件是L≥2S0

(3)在满足(2)的条件下,货物获得的机械能与系统增加的内能之比1:1.

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