B.若v1>v2,则v2'=v2
C.不管v2多大,总有v2'=v2
C.只有v1=v2时,才有v2'=v1
2.如图所示是测定运动员体能的一种装置,运动员的质量为m1,绳拴在腰间沿水平方向跨过滑轮(不计滑轮摩擦和质量),绳的另一端悬吊的重物质量为m2,人用力蹬传送带从而使人的重心不动,设传送带以速度v沿图示方向运行。
则(C)
①人对传送带不做功
②人对传送带做功
③人对传送带做功的功率为m2gv
④人对传送带做功的功率为(m1+m2)gv
⑤传送带对人做功的功率为m1gv
A.①B.②④C.②③D.①⑤
3.一传送皮带与水平面夹角为30°,以2m/s的恒定速度顺时针运行。
现将一质量为10kg的工件轻放于底端,经一段时间送到高2m的平台上,工件与皮带间的动摩擦因数为μ=
,取g=10m/s2
求带动皮带的电动机由于传送工件多消耗的电能。
解:
设工件向上运动距离S时,速度达到传送带的速度v,
由动能定理可知
μmgScos30°–mgSsin30°=1/2mv2-0
解得S=0.8m,说明工件未到达平台时,速度已达到v,
所以工件动能的增量为 △EK=1/2mv2=20J
工件重力势能增量为 △EP=mgh=200J
在工件加速运动过程中,工件的平均速度为v/2,
因此工件的位移是皮带运动距离S'的1/2,即S'=2S=1.6m
由于滑动摩擦力作功而增加的内能△E为 △E=f△S=μmgcos30°(S'-S)=60J
电动机多消耗的电能为△EK+△EP+△E=280J
4.如图所示,三角形传送带两侧的传送带长度均为2m,与水平方向的夹角均为37°。
若传送带以1m/s的速度逆时针匀速转动,两小物块A、B从传送带顶端都以1m/s的初速度沿传送带下滑。
物块与传送带间的动摩擦因数均为0.5,g取10m/s2,sin37°=0.
6,cos37°=0.8.求物块A、B在传送带上划痕的长度之比。
解:
对A,由牛顿第二定律得
解得
由
解得t=1s
A在传送带上留下的划痕长度
对B进行受力分析可知,B的加速度大小及下滑时间t与A相同。
所以
B在传送带上留下的划痕长度
故A、B在传送带上留下的划痕长度之比为
5.(03全国理综34)
一传送带装置示意如图,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形(圆弧由光滑模板形成,未画出),经过CD区域时是倾斜的,AB和CD都与BC相切。
现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零,经传送带运送到D处,D和A的高度差为h。
稳定工作时传送带速度不变,CD段上各箱等距排列,相邻两箱的距离为L。
每个箱子在A处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止,且以后也不再滑动(忽略经BC段时的微小滑动)。
已知在一段相当长的时间T内,共运送小货箱的数目为N。
这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦。
求电动机的平均输出功率P。
解:
以地面为参考系(下同),设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,设这段路程为s,所用时间为t,加速度为a,则对小箱有:
S=1/2·at2v0=at
在这段时间内,传送带运动的路程为:
S0=v0t
由以上可得:
S0=2S
用f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为A=fS=1/2·mv02
传送带克服小箱对它的摩擦力做功A0=fS0=2×1/2·mv02
两者之差就是摩擦力做功发出的热量Q=1/2·mv02
[也可直接根据摩擦生热Q=f△S=f(S0-S)计算]
可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等.Q=1/2·mv02
T时间内,电动机输出的功为:
W=PT
此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热,即:
W=N·[1/2·mv02+mgh+Q]=N·[mv02+mgh]
已知相邻两小箱的距离为L,所以:
v0T=NLv0=NL/T
联立,得:
6.(14年江苏物理15)如图所示,生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v0。
小工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ,乙的宽度足够大,重力加速度为g。
⑴若乙的速度为v0,求工件在乙上侧向(垂直于乙的运动方向)滑过的距离s;
⑵若乙的速度为2v0,求工件在乙上刚停止侧向滑动时的速度大小v;
⑶保持乙的速度2v0不变,当工件在乙上刚停止滑动时,下一只工件恰好传到乙上,如此反复。
若每个工件的质量均为m,除工件与传送带之间摩擦外,
其他能量损耗均不计,求驱动乙的电动机的平均输出功率
。
⑴
⑵v=2v0,⑶
6.(14年江苏物理15)如图所示,生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v0。
小工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ,乙的宽度足够大,重力加速度为g。
⑴若乙的速度为v0,求工件在乙上侧向(垂直于乙的运动方向)滑过的距离s;
⑵若乙的速度为2v0,求工件在乙上刚停止侧向滑动时的速度大小v;
⑶保持乙的速度2v0不变,当工件在乙上刚停止滑动时,下一只工件恰好传到乙上,如此反复。
若每个工件的质量均为m,除工件与传送带之间摩擦外,
其他能量损耗均不计,求驱动乙的电动机的平均输出功率
。
解:
(1)摩擦力与侧向的夹角为45°,侧向加速度大小ax=μgcos45°,
根据
,解得s=
.
(2)设t=0时刻摩擦力与侧向的夹角为θ,侧向、纵向加速度大小分别为ax、ay,
则
,
很小的△t时间内,侧向、纵向的速度增量△vx=ax△t,△vy=ay△t,
解得
.
且由题意知,tanθ=
,则
,
所以摩擦力方向保持不变,
则当vx′=0时,vy′=0,即v=2v0.
(3)工件在乙上滑动时侧向位移为x,沿乙方向的位移为y,
由题意知,ax=μgcosθ,ay=μgsinθ,
在侧向上
,在纵向上,
工件滑动时间
,乙前进的距离y1=2v0t.
工件相对乙的位移L=
,
则系统摩擦生热Q=μmgL,
依据功能关系,则电动机做功:
由
,解得
.
答:
(1)工件在乙上侧向(垂直于乙的运动方向)滑过的距离为s=
.
(2)工件在乙上刚停止侧向滑动时的速度大小v=2v0.
(3)驱动乙的电动机的平均输出功率
.
7.如图示,水平传送带AB长L=8.3m,质量为M=1kg的木块随传送带一起以v1=2m/s的速度向左匀速运动(传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹v0=300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度u=50m/s,以后每隔1s就有一颗子弹射向木块,设木块沿AB方向的长度可忽略,子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,取g=10m/s2,问:
(1)在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离是多少?
(2)木块在传送带上最多能被多少颗子弹击中?
(3)木块在传送带上的最终速度多大?
(4)在被第二颗子弹击中前,木块、子弹和传送带这一系统所产生的热能是多少?
解:
(1)由动量守恒定律mv0–Mv1=mu+MV
得V=3m/s
设木块经过时间t1速度变为0,
对木块由动量定理:
μMgt1=MV得t1=0.6s小于1s
对木块由动能定理:
μMgS1=1/2MV2得S1=0.9m
(2)木块速度减为0后再向左匀加速运动,经t2速度增为v1
t2=v1/μg=0.4s=1s-t1这时正好第二颗子弹射入,
即当木块相对于传送带刚好静止时,正好第二颗子弹射入。
S2=1/2at22=1/2μgt22=0.4m
所以两颗子弹射中木块的时间间隔内木块的总位移为S=S1-S2=0.5m
第15颗子弹射入后的总位移为7.5m,第16颗子弹射入后,木块将从B点落下。
所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中。
(3)第16颗子弹射入后,木块向右运动S3=8.3-7.5=0.8m
对木块由动能定理:
μMgS3=1/2M(V2–vt2)得vt=1m/s
木块在传送带上的最终速度为1m/s
(4)子弹射向木块过程,所产生的热能为Q1
Q1=1/2mv02+1/2Mv12-1/2mu2-1/2Mv2=900+2–25-4.5=872.5J
木块向右减速运动到0时,相对位移Δs1
Δs1=vt1+S1=2×0.6+0.9=2.1m
这一过程所产生的热能为Q2=fΔs1=5×2.1=10.5J
木块向左加速运动到v时,相对位移Δs2
Δs2=vt2-S2=2×0.4-0.4=0.4m
这一过程所产生的热能为Q3=fΔs2=5×0.4=2J
整个过程系统所产生的热能为Q=Q1+Q2+Q3=885J