问题 问答题

如图所示,质量M=20kg的物体从光滑曲面上高度H=0.8m处由静止释放,到达曲面底端时以水平方向的速度进入水平传送带.传送带由一电动机驱动,传送带的上表面匀速向左运动,运动速率为3.0m/s.已知物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.10.(g取10m/s2

(1)物体滑上传送带时的速度为多大?

(2)若两皮带轮之间的距离是6.0m,物体滑上传送带后立刻移走光滑曲面,物体将从哪一边离开传送带?通过计算说明你的结论.

(3)若皮带轮间的距离足够大,从M滑上到离开传送带的整个过程中,由于M和传送带间的摩擦而产生了多少热量?

答案

(1)物体沿曲面下滑的过程中机械能守恒,mgH=

1
2
m
v20

解得物体滑到底端时的速度v0=

Ff
M
=μg=4.0 m/s            

(2)以地面为参照系,物体滑上传送带后向右做匀减速运动直到速度为零,物体的加速度大小为:

a=

Ff
M
=μg=1.0m/s2          

物体从滑上传送带到相对地面速度减小到零,向右的位移

S1=

0-
v20
-2a
=8.0 m>6.0 m,表明物体将从右边离开传送带. 

(3)以地面为参考系,若两皮带轮间的距离足够大,则物体滑上传送带后向右做匀减速运动直到速度为零,后向左做匀加速运动,直到速度与传送带速度v相等后与传送带相对静止,从传送带左端掉下,其间物体的加速度大小和方向都不变,加速度大小

a=

Ff
M
=μg=1.0m/s2

取向右为正方向,从物体滑上传送带到与传送带相对静止的过程中,物体发生的位移

S1=

0-
v20
-2a
=3.5 m            

物体运动的时间为

t=

v-v0
-a
=7.0 s              

这段时间内皮带向左运动的位移S2=vt=21m 

物体相对于传送带滑行的距离△S=S1+S2=24.5 m      

物体与传送带相对滑动期间产生的热量

Q=Ff•△S=μMg•△S=490 J 

答:(1)物体滑上传送带时的速度为4.0m/s;

(2)若两皮带轮之间的距离是6.0m,物体滑上传送带后立刻移走光滑曲面,物体将从右侧离开传送带;

(3)若皮带轮间的距离足够大,从M滑上到离开传送带的整个过程中,由于M和传送带间的摩擦而产生了490 J的热量.

单项选择题
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