高考物理传送带

传送带问题分析练习1：水平传送带长4.5m,以3m/s的速度作匀速运动。质量m=1kg的物体与传送带间的动摩擦因数为0.15,则该物体从静止放到传送带的一端开始,到达另一端所需时间为多少?这一过程中由于摩擦产生的热量为多少?这一过程中带动传送带转动的机器做多少功?(g取10m/s2)。解：物体在摩擦力作用下先匀加速运动,后做匀速运动,a=μg=1.5m/s2t1=v/a=2sS1=1/2at12=3mt2=(L-S1)/v=0.5s∴t=t1+t2=2.5s木块与传送带的相对位移ΔS=vt1-S1=3mQ=μmgΔS=4.5J机器做功W=1/2mv2+Q=9J或W=μmgS皮带=μmgvt1=9J如图所示,一平直的传送带以速度v=2m/s匀速运动,传送带把A处的工件运送到B处,A、B相距L=10m。从A处把工件无初速地放到传送带上,经过时间t=6s,能传送到B处,要用最短的时间把工件从A处传送到B处，求传送带的运行速度至少多大?ABv解:由题意可知tL/v,所以工件在6s内先匀加速运动，后匀速运动，故有S1=1/2vt1①S2＝vt2②且t1+t2＝t③S1＋S2＝L④联立求解得:t1＝2s；v=at1,a＝1m/s2⑤若要工件最短时间传送到B处，工件加速度仍为a，设传送带速度为v'，工件先加速后匀速，同上L＝1/2v't1＋v't2⑥练习2.t2＝t－t1⑧联立求解⑥─⑧得将⑨式化简得⑩avvLt2从⑩式看出,t有最小值.因而故当通过解答可知工件一直加速到B所用时间最短．体验高考：2006年全国卷Ⅰ24、24.一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ。初始时，传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动，当其速度达到v0后，便以此速度做匀速运动。经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律，可得a=μg设经历时间t，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有(P为传送带上的一点)v0=a0tv=at由于aa0，故vv0，煤块继续受到滑动摩擦力的作用.再经过时间t'，煤块的速度由v增加到v0，有v0=v+at'此后，煤块与传送带运动速度相同，相对于传送带不再滑动，不再产生新的痕迹。设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中，传送带和煤块移动的距离分别为s0和s，有s0=1/2a0t2+v0t's=v02/2a传送带上留下的黑色痕迹的长度l=s0－s由以上各式得35.如图所示为车站使用的水平传送带装置的示意图.绷紧的传送带始终保持3.0m/s的恒定速率运行,传送带的水平部分AB距水平地面的高度为h=0.45m.现有一行李包(可视为质点)由A端被传送到B端，且传送到B端时没有被及时取下，行李包从B端水平抛出，不计空气阻力，g取10m/s2(1)若行李包从B端水平抛出的初速v＝3.0m／s，求它在空中运动的时间和飞出的水平距离；(2)若行李包以v0＝1.0m/s的初速从A端向右滑行，包与传送带间的动摩擦因数μ＝0.20，要使它从B端飞出的水平距离等于(1)中所求的水平距离，求传送带的长度L应满足的条件.体验高考：2005年江苏理综卷35.BALh解：BALh（1）设行李包在空中运动时间为t，飞出的水平距离为s，则h=1/2gt2s＝vt代入数据得：t＝0.3ss＝0.9m（2）设行李包的质量为m，与传送带相对运动时的加速度为a，则滑动摩擦力F=µmg=ma代入数据得：a＝2.0m/s2要使行李包从B端飞出的水平距离等于（1）中所求水平距离，行李包从B端飞出的水平抛出的初速度v=3.0m/s设行李被加速到V时通过的对地位移距离为s0，则2as0=v2-v02⑦代入数据得s0＝2.0m⑧故传送带的长度L应满足的条件为：L≥2.0m⑨传送带问题变式：（2004全国高考)一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图。已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1，盘与桌面间的动摩擦因数为μ2。现突然以恒定加速度。将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么?（以g表示重力加速度)难点分析：⑴分析时没有考虑到重力的分力、重力势能的变化;⑵滑动摩擦力的方向判断错误。⑶没有出分析滑动摩擦力、静摩擦力之间的突变。（二）倾斜放置运行的传送带例4：如图示，传送带与水平面夹角为370，并以v=10m/s运行，在传送带的A端轻轻放一个小物体，物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5，AB长16米，求：以下两种情况下物体从A到B所用的时间.（1）传送带顺时针方向转动（2）传送带逆时针方向转动AB解：（1）传送带顺时针方向转动时受力如图示：vNfmgmgsinθ-μmgcosθ=maa=gsinθ-μgcosθ=2m/s2S=1/2at2ABv（2）传送带逆时针方向转动物体受力如图：Nfmg开始摩擦力方向向下,向下匀加速运动a1=gsin370+μgcos370=10m/s2t1=v/a1=1sS1=1/2×a1t2=5mS2=11m1秒后，速度达到10m/s，摩擦力方向变为向上Nfmg物体以初速度v=10m/s向下作匀加速运动a2=gsin370-μgcos370=2m/s2S2=vt2+1/2×a2t2211=10t2+1/2×2×t22t2=1s∴t=t1+t2=2s30°v例5.一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°=0－1/2mv2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=280J30°v另解:物体开始受到向上的摩擦力作用,做匀加速运动Nmgf滑动摩擦力f1=μmgcosθ=75Na=μgcosθ-gsinθ=g/4=2.5m/s2经过时间t1=v/a=0.8s速度达到2m/s,上升s1=v2/2a=0.8m然后在静摩擦力作用下做匀速运动,上升s2=3.2m静摩擦力f2=mgsinθ=50Nt2=s2/v=1.6s为保持皮带匀速运动，机器在t1时间内应增加动力75N,在t2时间内应增加动力50N带动皮带的电动机由于传送工件多消耗的电能为W=f1vt1+f2vt2=75×1.6+50×3.2=120+160=280J小结：⑴分析滑动摩擦力方向时要紧紧抓住“阻碍相对运动”这句话的含义。⑵注意重力的分力，注意物体的受力由滑动摩擦力到静摩擦力的突变，物体在倾斜的传送带上运动时静摩擦力也做功。⑶系统能量的增加来源于电动机消耗的电能。重物A放在倾斜的皮带传送机上,它和皮带一直相对静止没有打滑，如图所示。传送带工作时，关于重物受到摩擦力的大小，下列说法正确的是:()A、重物静止时受到的摩擦力一定小于它斜向上运动时受到的摩擦力B、重物斜向上加速运动时,加速度越大,摩擦力一定越大C、重物斜向下加速运动时.加速度越大.摩擦力一定越大D、重物斜向上匀速运动时速度越大，摩擦力一定越大ABθB练习4如图所示，传送带与地面间的夹角为370，AB间传动带长度为16m，传送带以10m/s的速度逆时针匀速转动，在传送带顶端A无初速地释放一个质量为0.5kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5，则物体由A运动到B所需时间为（g=10m/s2sin370=0.6）()A．1sB．2sC．4sAB370B练习5体验高考（1998上海高考）某商场安装了一台倾角为θ＝300的自动扶梯，该扶梯在电压为ｕ＝380V的电动机带动下以ｖ＝0.4m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率Ｐ＝4.9kW.不载人时测得电动机中的电流为Ｉ＝5A，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少？（设人的平均质量ｍ＝60kg，ｇ＝10ｍ/ｓ2）解：这台自动扶梯最多可同时载人数的意义是电梯仍能以ｖ＝0.4m/s的恒定速率运动．按题意应有电动机以最大输出功率工作，且电动机做功有两层作用：一是电梯不载人时自动上升；二是对人做功．由能量转化守恒应有：Ｐ总＝Ｐ人＋Ｐ出，设乘载人数最多为ｎ，则有Ｐ＝IU＋nmgsinθ·ｖ，代入得ｎ＝25人这类题一般可分为两种：一是传送带上仅有一个物体运动；二是传送带上有多个物体运动。解题思路与前面两种相仿，都是从力的观点和能量转化守恒角度去思考，挖掘题中隐含的条件和关键语句，从而找到解题突破口．（三）平斜交接放置运行的传送带如图的传送带，其水平部分ab=2m，bc=4m，bc与水平面夹角，一小物体A与传送带的动摩擦因数=0.25，皮带沿图所示方向运动，速率为2m/s。若把物体A轻轻放到A点，它将被皮带送到c点，且物体A一直没有脱离皮带。求物体A从a点被传送到c点所用的时间。例6一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。BADC体验高考03年全国理综解析: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·mv02T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：