Question

19．傾角為37°的傳送帶在電機(jī)控制下以4m/s的速度沿圖示方向勻速率運(yùn)行，傳送帶的頂端與底端相距17m．現(xiàn)將一質(zhì)量為0.4kg的煤塊放到傳送帶的頂端，使它從靜止開始沿傳送帶下滑，煤塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25，煤塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)留下黑色劃痕（不計(jì)煤塊質(zhì)量變化），設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力．求煤塊從頂端滑到底端的過(guò)程中（sin37°=0.6，重力加速度g=10m/s² ）
（1）煤塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間  
（2）摩擦產(chǎn)生的熱量 
（3）劃痕長(zhǎng)度．

Answer 1

分析 （1）煤塊放到傳送帶后，開始時(shí)所受的滑動(dòng)摩擦力方向沿斜面向下，根據(jù)牛頓第二定律求出開始下滑的加速度，由速度時(shí)間求出當(dāng)速度達(dá)到傳送帶速度時(shí)的時(shí)間和位移．由于重力的分力大于最大靜摩擦力，所以共速后，煤塊繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律求出第二次勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出時(shí)間．
（2）求出煤塊與傳送帶的相對(duì)路程，根據(jù)Q=fs_相對(duì)，求出產(chǎn)生的熱量．
（3）劃痕長(zhǎng)度等于煤塊與傳送帶的相對(duì)位移，由位移公式公式和幾何關(guān)系求解．

解答 解：（1）通過(guò)受力分析可知，剛開始時(shí)，煤塊所受的滑動(dòng)摩擦力沿傳送帶向下，由牛頓第二定律，得：
mgsin37°+μmgcos37°=ma₁；
得加速度大小為：a₁=gsin37°+μgcos37°=10×0.6+0.25×10×0.8=8m/s²．
達(dá)到跟傳送帶相同速度所需時(shí)間為：t₁=$\frac{{v}_{0}}{{a}_{1}}$=$\frac{4}{8}$s=0.5s，
通過(guò)位移為：x₁=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2{a}_{1}}$=$\frac{{4}^{2}}{2×8}$m=1m．
由于mgsin37°＞μmgcos37°，所以共速后，煤塊繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律得：
mgsin37°-μmgcos37°=ma₂；
解得加速度大小為：a₂=gsin37°-μgcos37°=10×0.6-0.25×10×0.8=4m/s²．
繼續(xù)勻加速運(yùn)動(dòng)的位移大小為：x₂=L-x₁=17-1=16m，
則有：x₂=v₀t₂+$\frac{1}{2}$a₂t₂²
代入數(shù)據(jù)解得：t₂=2s．      
所以總時(shí)間為：t=t₁+t₂=2.5s；
（2）全過(guò)程中產(chǎn)生的熱為：
Q=f•s_相對(duì)=μmgcos37°•[（v₀t₁-x₁）+（x₂-v₀t₂）]
代入數(shù)據(jù)解得：Q=7.2J．
（3）由于（v₀t₁-x₁）＜（x₂-v₀t₂），所以劃痕長(zhǎng)度為 L=x₂-v₀t₂
代入數(shù)據(jù)解得：L=8m
答：（1）煤塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是2.5s． 
（2）摩擦產(chǎn)生的熱量是7.2m．
（3）劃痕長(zhǎng)度是8 m．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵理清木塊的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解，恒力做功公式求解．