如图所示,足够长的传送带以恒定的速率v1逆时针运动,一质量为m的物块以大小为v2的初速度从传送带的P点冲上传送带,从此时起到物块再次回到P点的过程中,下列说法正确的是( )
A.传送带对物块的冲量大小一定为2mv2
B.全过程传送带对物块做的总功可能为正,可能为负,也可能为零
C.电动机提供给系统的电能一定大于全程产生的内能
D.全过程产生的内能可能等于2mv1v2
由于传送带足够长,物体减速向右滑行,直到速度减为零,然后物体会在滑动摩擦力的作用下向左加速,分三种情况讨论:
①如果v1>v2,物体会一直加速,当速度大小增大到等于v2时,物体恰好离开传送带,有v′2=v2;
②如果v1=v2,物体同样会一直加速,当速度大小增大到等于v2时,物体恰好离开传送带,有v′2=v2;
③如果v1<v2,物体会先在滑动摩擦力的作用下加速,当速度增大到等于传送带速度时,物体还在传送带上,之后不受摩擦力,故物体与传送带一起向右匀速运动,有v′2=v1;
A、根据动量定理求解传送带对物块的冲量大小,由于物块再次回到P点的速度方向向左,大小不一定等于v2,所以传送带对物块的冲量大小不一定为2mv2.故A错误.
B、根据上面的讨论,物块再次回到P点的速度大小v′2≤v2,整个过程动能变化△Ek≤0,
根据动能定理得:全过程传送带对物块做的总功可能为负,也可能为零,不可能为正,故B错误.
C、根据能量守恒,如果物块再次回到P点的速度大小v′2=v2,那么物块动能变化为0,那么电动机提供给系统的电能等于全程产生的内能,故C错误.
D、过程产生的内能是通过克服滑动摩擦力对系统做功来量度的,
克服滑动摩擦力对系统做功W=fX相
设物块运动的加速度大小为a,
如果v1≥v2,
X相=
+v 22 2a
v1+v 2 a
v1-v 2 a v 22 2a
即W=fX相=2mv1v2,故D正确.
故选D.