Question

17．如圖所示，水平傳送裝置A．B兩點間距離l=7m，皮帶運行的速度v₀=10m/s．緊靠皮帶（不接觸）右側(cè)有質(zhì)量M=4kg、上表面與皮帶等高的平板小車停在光滑水平面上，車上表面高h=0.8m．現(xiàn)有質(zhì)量m=2kg的小物塊，無初速地從A點放到皮帶上，物塊與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ₁=0.35，與平板車間的動摩擦因數(shù)μ₂=0.2．已知物塊由皮帶過渡到平板車時速度不變，物塊離開平板車后落在水平面上的C點，落地速度與豎直方向成37°角，B．C間的水平距離S=11.2m（g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8）．求：

（1）物塊在皮帶上滑動過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q．
（2）物塊離開平板車時，平板車的速度．

Answer 1

分析 （1）物塊在小車上做勻加速直線運動，結(jié)合物塊與小車滑動時相對位移大小求出摩擦產(chǎn)生的熱量．
（2）根據(jù)速度時間公式求出物塊滑上小車時的速度，結(jié)合平拋運動的規(guī)律求出物塊離開小車時的速度，通過物塊在小車上的加速度求出勻減速運動的時間，根據(jù)牛頓第二定律求出小車的加速度，結(jié)合速度時間公式求出小車的速度．

解答 解：（1）物塊在傳送帶上做勻加速直線運動的加速度a₁=$\frac{{μ}_{1}mg}{m}$=μ₁g=3.5m/s²
此時物塊的位移x₁=$\frac{{{v}_{0}}^{2}}{2{a}_{1}}$=$\frac{100}{7}$＞7m，可知物塊在傳送帶上一直做勻加速直線運動．
根據(jù)L=$\frac{1}{2}$a₁t₁²
t₁=$\sqrt{\frac{2L}{{a}_{1}}}$=$\sqrt{\frac{2×7}{3.5}}$=2s．
則傳送帶的位移x₂=vt₁=10×2m=20m．
物塊與傳送帶的相對位移大小△x=x₂-L=13m．
摩擦產(chǎn)生的熱量Q=μ₁mg△x=0.35×20×13J=91J．
（2）物塊滑上小車時的速度v₁=a₁t₁=7m/s
根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt² 得，平拋運動的時間t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.8}{10}}$=0.4s．
落地時豎直方向上的分速度v_y=gt=4m/s．
知物塊離開小車時的速度v₂=v_ycot53°=3m/s．
物塊在平板車上勻減速直線運動的加速度a₂=μ₂g=2m/s²
t₂=$\frac{{v}_{1}-{v}_{2}}{{a}_{2}}$=$\frac{7-3}{2}$=2s
小車的加速度a₃=$\frac{{μ}_{2}mg}{M}$=$\frac{0.2×20}{4}$=1m/s²．
則物塊離開小車時，小車的速度v₃=a₃t=2m/s．
答：（1）物塊在皮帶上滑動過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為91J．
（2）物塊離開平板車時，平板車的速度為2m/s．

點評 解決本題的關(guān)鍵理清物塊在整個過程中的運動情況，在傳送帶上做勻加速直線運動，在小車上做勻減速直線運動，離開小車做平拋運動，結(jié)合牛頓第二定律和運動學(xué)公式進行求解．