如图所示,小物块AB由跨过定滑轮的轻绳相连,A置于倾角为37°的光滑固定斜面上,B位于水平传送带的左端,轻绳

如图所示,小物块AB由跨过定滑轮的轻绳相连,A置于倾角为37°的光滑固定斜面上,B位于水平传送带的左端,轻绳分别与斜面、传送带平行,传送带始终以速度为v0=2m/s向右匀速运动,某时刻B从传送带左端以速度v1=6m/s向右运动,经过一段时间回到传送带的左端,已知A、B质量为1kg,B与传送带间的动摩擦因素为0.2.斜面、轻绳、传送带均足够长,A不会碰到定滑轮,定滑轮的质量与摩擦力均不计,g取10m/s2,sin37°=0.6,求:
(1)B向右运动的总时间;
(2)B回到传送带左端的速度;
(3)上述过程中,B与传送带间因摩擦产生的总热量.
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lkjsadhgjkesrg 果实

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解题思路:(1)B向右运动的过程中分别以A与B为研究的对象,结合牛顿第二定律先求出加速度,然后由运动学的公式求出运动的时间;
(2)B向左运动的过程中B为研究的对象,结合牛顿第二定律先求出加速度,然后由运动学的公式求出B回到传送带左端的速度;
(3)求出B运动的各段的时间,然后求出传送带的位移,则B与传送带间因摩擦产生的总热量等于B受到的摩擦力与B和传送带之间相对位移的乘积.

(1)B向右运动减速运动的过程中,刚开始时,B的速度大于传送带的速度,以B为研究的对象,水平方向B受到向左的摩擦力与A对B的拉力,设AB之间绳子的拉力为T1,以向左为正方向,得:T1+μmg=ma1
以A为研究的对象,则A的加速度的大小始终与B是相等的,A向上运动的过程中受力如图,则:

mgsin37°-T1=ma1
联立①②可得:a1=
gsin37°+μg
2=
10×0.6+0.2×10
2=4m/s2 ③
B的速度与传送带的速度相等时所用的时间:t1=
v0−v1
a1=
−2−(−6)
4s=1s
当B的速度与传送带的速度相等之后,B仍然做减速运动,而此时B的速度小于传送带的速度,所以受到的摩擦力变成了向右,所以其加速度也发生了变化,此后B向右运动减速运动的过程中,设AB之间绳子的拉力为T2,以B为研究的对象,水平方向B受到向右的摩擦力与A对B的拉力,则:
T2-μmg=ma2
以A为研究的对象,则A的加速度的大小始终与B是相等的,A向上运动的过程中受力如图1,则:
mgsin37°-T2=ma2
联立④⑤可得:a2=
gsin37°−μg
2=
10×0.6−0.2×10
2=2m/s2
当B向右达到最右端时的速度等于0,再经过时间:t2=
0−v0
a2=
0−(−2)
2s=1s
B向右运动的总时间:t=t1+t2=1s+1s=2s
(2)B向左运动的过程中,受到的摩擦力的方向仍然向右,仍然受到绳子的拉力,同时,A受到的力也不变,所以它们受到的合力不变,所以B的加速度a3=a2=2m/s2
t1时间内B的位移:x1=
v0+v1
2×t1=
−2−6
2×1=−4m,负号表示方向向右;
t2时间内B的位移:x2=
0+v0
2×t2=
0−2
2×1=−1m,负号表示方向向右;
B的总位移:x=x1+x2=-4-1=-5m
B回到传送带左端的位移:x3=-x=5m
速度:v=
2a3x′=
2×2×5=2
5m/s
(3)t1时间内传送带的位移:x1′=-v0t1=-2×1m=-2m
该时间内传送带相对于B的位移:△x1=x1′-x1=-2-(-4)=2m
t2时间内传送带的位移:x2′=-v0t2=-2×1m=-2m
该时间内传送带相对于B的位移:△x2=x2-x2′=-1-(-2)=1m
B回到传送带左端的时间为t3:则t3=
v−0
a3=
2
5−0
2=
5s
t3时间内传送带的位移:x3′=v0t3=−2×
5=−2
5m
该时间内传送带相对于B的位移:△x3=x3−x3′=5+2
5m
B与传送带之间的摩擦力:f=μmg=0.2×1×10=2N
上述过程中,B与传送带间因摩擦产生的总热量:Q=f(△x1+△x2+△x3)=2×(2+1+5+2
5)J=(16+4
5)J≈25J
答:(1)B向右运动的总时间是2s;
(2)B回到传送带左端的速度是2
5m/s;
(3)上述过程中,B与传送带间因摩擦产生的总热量是25J.

点评:
本题考点: 功能关系;牛顿运动定律的综合应用.

考点点评: 该题中,开始时物体的速度大于传送带的速度,减速后的速度小于传送带的速度,所以传送带大于物体 摩擦力的方向是不同的,则 物体的加速度会发生变化.这是题目中第一处容易错误的地方.开始时物体的速度大于传送带的速度,减速后的速度小于传送带的速度,所以开始时物体相对于传送带向右运动,之后物体相对于传送带向左运动,在计算产生的内能的过程中,一定要分段计算,若合在一起,则计算的结果就错了.这是第二处容易错误的地方.要细心.

1年前

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