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如图所示,传送带与地面的倾角θ=37°,从A端到B端的长度为16m,传送带以v0=10m/s的速度沿逆时针方向转动.在传送带上端A处无初速地放置一个质量为0.5kg的物体,它与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.5,求:

(1)物体从A端运动到B端所需的时间是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)物体从A端运动到B端皮带对物体做的功是多少?
(3)物体从A端运动到B端产生的热量是多少?
人气:400 ℃ 时间:2019-10-23 09:24:25
解答
(1)在物体开始运动的开始阶段受力如图(a)所示,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma
解得加速度:a=gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8m/s2=10m/s2
物体加速至与传送带速度相等时需要的时间为:t1=
v
a1
=
10
10
s
=1s,
发生的位移为:s1=
1
2
a1t12=
1
2
×10×12m
=5m<16m,可知物体加速到10m/s时仍未到达B点.
第二阶段的受力分析如图(b)所示,应用牛顿第二定律,有:
mgsinθ-μmgcosθ=ma2,所以此阶段的加速度为:
a2=gsinθ-μgcosθ=10×0.6-0.5×10×0.8m/s2=2m/s2
设第二阶段物体滑动到B端的时间为t2,则:LAB-s1=vt2+
1
2
a2t22
所以:16−5=10×t2+
1
2
×2×
t22

解得:t2=1s
故物体经历的总时间:t=t1+t2=2s
(2)由(1)分析知,物体到达B点时的速度为:vB=v+a2t2=10+2×1m/s=12m/s
在物体从A滑至B的过程中只有重力和皮带作用力对物体做功,根据动能定理有:
WG+Wx
1
2
m
v2B
−0

皮带对物体做的功为:Wx
1
2
m
v2B
WG
=
1
2
×0.5×122−0.5×10×16×0.6J=−12J

(3)由(1)分析知在第一阶段物体相对皮带的位移为:△x1=v0t1-s1=10×1-5m=5m,
在第二阶段物体相对皮带的位移为:x2
1
2
a2
t22
1
2
×2×12m=1m

所以物体从A至B端产生的热量为:
Q=f•(△x1+△x2)=μmgcosθ×(△x1+△x2)=0.5×0.5×10×0.8×(5+1)J=12J
答:(1)物体从A端运动到B端所需的时间是2s;
(2)物体从A端运动到B端皮带对物体做的功是-12J;
(3)物体从A端运动到B端产生的热量是12J.
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