Question

9．如圖所示，一質(zhì)量為m=1kg的滑塊從光滑圓弧槽高為h=0.8m的A處無初速地滑下，槽的底端B與長度L=8m的水平傳送帶相接，傳送帶的運(yùn)行速度為v₀=6m/s，已知滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，求：
（1）滑塊到達(dá)圓弧槽底端B時(shí)的速度v；
（2）傳送帶將滑塊從B運(yùn)送到C所用的時(shí)間t；
（3）傳送帶由于運(yùn)送滑塊電動(dòng)機(jī)需增加消耗的電能E．

Answer 1

分析 （1）從A到B根據(jù)機(jī)械能守恒定律可求得到達(dá)B的速度．
（2）滑塊在傳送帶上受到傳送帶對它的滑動(dòng)摩擦力而做勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律求得加速度，然后求出滑塊加速到傳送帶的速度的位移，與傳送帶的長度比較，看看是否一直加速，或先加速后勻速．最后又運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式求出時(shí)間．
（3）傳送帶由于運(yùn)送滑塊電動(dòng)機(jī)需增加消耗的電能E等于因摩擦產(chǎn)生的熱量和物體動(dòng)能之和．摩擦力與對地位移的乘積為摩擦力所做的功，摩擦力與相對位移的乘積轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而產(chǎn)生熱量．

解答 解：（1）設(shè)滑塊到達(dá)B點(diǎn)的速度為v，由機(jī)械能守恒定律，有
  mgh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
得 v=$\sqrt{2gh}$=$\sqrt{2×10×0.8}$=4m/s
（2）設(shè)滑塊在傳送帶上的加速度為a
由牛頓第二定律得 μmg=ma                        
則 a=2m/s²                         
滑塊在傳送帶上勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t₁=$\frac{{v}_{0}-v}{a}$=1s
滑塊在傳送帶上勻加速運(yùn)動(dòng)的位移 s=$\frac{{v}_{0}^{2}-{v}^{2}}{2a}$=5m    
滑塊隨傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t₂=$\frac{L-s}{{v}_{0}}$=0.5s
傳送帶將滑塊從B運(yùn)送到C所用的時(shí)間 t=t₁+t₂=1.5s
（3）傳送帶與滑塊間的相對位移△s=v₀t₁-s          
由于摩擦產(chǎn)生的熱量 Q=μmg△s                  
電動(dòng)機(jī)需增加消耗的電能 E=Q+$\frac{1}{2}m（{v}_{0}^{2}-{v}^{2}）$=12J
答：
（1）滑塊到達(dá)圓弧槽底端B時(shí)的速度v是4m/s；
（2）傳送帶將滑塊從B運(yùn)送到C所用的時(shí)間t是1.5s；
（3）傳送帶由于運(yùn)送滑塊電動(dòng)機(jī)需增加消耗的電能E是12J．

點(diǎn)評 本題考查傳送帶問題中的速度及能量關(guān)系，關(guān)鍵在于明確能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系，知道如何求出由于克服摩擦力做功而產(chǎn)生的熱量．