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(圓滿版)高考物理——傳達(dá)帶問題專題歸類(含答案解析)(圓滿版)高考物理——傳達(dá)帶問題專題歸類(含答案解析)(圓滿版)高考物理——傳達(dá)帶問題專題歸類(含答案解析)傳遞帶問題歸類解析傳達(dá)帶是運(yùn)送貨物的一種省力工具,在裝卸運(yùn)輸行業(yè)中有著寬泛的應(yīng)用,本文采集、整理了傳達(dá)帶有關(guān)問題,并從兩個(gè)視角進(jìn)行分類解析:一是從傳達(dá)帶問題的察看目標(biāo)(即:力與運(yùn)動(dòng)情況的解析、能量轉(zhuǎn)變情況的解析)來解析;二是從傳達(dá)帶的形式來解析.(一)傳達(dá)帶分類:(常有的幾種傳達(dá)帶模型)1.按擱置方向分水平、傾斜和組合三種;2.按轉(zhuǎn)向分順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)兩種;3.按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分勻速、變速兩種。(二)傳達(dá)帶特色:傳達(dá)帶的運(yùn)動(dòng)不受滑塊的影響,因?yàn)榛瑝K的加入,帶動(dòng)傳達(dá)帶的電機(jī)要多輸出的能量等于滑塊機(jī)械能的增添量與摩擦生熱的和。(三)受力解析:傳達(dá)帶模型中要注意摩擦力的突變(發(fā)生在v物與v帶同樣的時(shí)辰),關(guān)于傾斜傳達(dá)帶模型要解析mgsinθ與f的大小與方向。突變有下邊三種:1.滑動(dòng)摩擦力消逝;2.滑動(dòng)摩擦力突變成靜摩擦力;3.滑動(dòng)摩擦力改變方向;(四)運(yùn)動(dòng)解析:1.注意參照系的選擇,傳達(dá)帶模型中選擇地面為參照系;2.判斷共速今后是與傳達(dá)帶保持相對靜止作勻速運(yùn)動(dòng)呢?仍是連續(xù)加快運(yùn)動(dòng)?3.判斷傳達(dá)帶長度——臨界以前能否滑出?(五)傳達(dá)帶問題中的功能解析功能關(guān)系:WF=△EK+△EP+Q。傳達(dá)帶的能量流向系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能、被傳達(dá)的物體的動(dòng)能變化,被傳達(dá)物體勢能的增添。所以,電動(dòng)機(jī)因?yàn)閭鬟_(dá)工件多耗費(fèi)的電能就包含了1頁共19頁工件增添的動(dòng)能和勢能以及摩擦產(chǎn)生的熱量。2.對WF、Q的正確理解(a)傳達(dá)帶做的功:WF=F·S帶功率P=F×v帶(F由傳達(dá)帶受力均衡求得)(b)產(chǎn)生的內(nèi)能:Q=f·S相對(c)如物體無初速,放在水平傳達(dá)帶上,則在整個(gè)加快過程中物體獲取的動(dòng)能EK,因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生的熱量Q有以下關(guān)系:EK=Q=1mv傳2。一對滑動(dòng)摩擦力做的總功等于機(jī)2械能轉(zhuǎn)變成熱能的值。并且這個(gè)總功在求法上比一般的互相作使勁的總功更有特色,一般的一對互相作使勁的功為W=f相s相對,而在傳達(dá)帶中一對滑動(dòng)摩擦力的功W=f相s,此中s為被傳達(dá)物體的實(shí)質(zhì)行程,因?yàn)橐粚瑒?dòng)摩擦力做功的情況是力的大小相等,位移不等(恰巧相差一倍),并且一個(gè)是正功一個(gè)是負(fù)功,其代數(shù)和是負(fù)值,這表示機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)化的量即是兩功差值的絕對值。(六)水平傳達(dá)帶問題的變化種類設(shè)傳達(dá)帶的速度為v帶,物體與傳達(dá)帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,兩定滑輪之間的距離為L,物體置于傳達(dá)帶一端的初速度為v0。00物體剛置于傳達(dá)帶上時(shí)因?yàn)槭苣Σ亮ψ饔?,將做a=μg的加快運(yùn)動(dòng)。假1、v=0,v定物體從開始置于傳達(dá)帶上素來加快到走開傳達(dá)帶,則其走開傳達(dá)帶時(shí)的速度為v=2gL,明顯有:v帶<2gL時(shí),物體在傳達(dá)帶大將先加快,后勻速。v帶≥2gL時(shí),物體在傳達(dá)帶大將素來加快。2、V0≠0,且V0與V帶同向(1)V0<v帶時(shí),同上理可知,物體剛運(yùn)動(dòng)到帶上時(shí),將做a=μg的加快運(yùn)動(dòng),假定物體素來加快到走開傳達(dá)帶,則其走開傳達(dá)帶時(shí)的速度為V=2,明顯有:V02gLV0<v帶<2時(shí),物體在傳達(dá)帶大將先加快后勻速。V02gLv帶≥22gL時(shí),物體在傳達(dá)帶大將素來加快。V0(2)V0>v帶時(shí),因V0>v帶,物體剛運(yùn)動(dòng)到傳達(dá)帶時(shí),將做加快度大小為a=μg的減速運(yùn)動(dòng),假定物體素來減速到走開傳達(dá)帶,則其走開傳達(dá)帶時(shí)的速度為V=2,V02gL明顯v帶≤2時(shí),物體在傳達(dá)帶大將素來減速。V02gLV0>v帶>V022gL時(shí),物體在傳達(dá)帶大將先減速后勻速。3、V0≠0,且V0與V帶反向2頁共19頁此種情況下,物體剛運(yùn)動(dòng)到傳達(dá)帶上時(shí)將做加快度大小為的減速運(yùn)動(dòng),假定物體一直減速到走開傳達(dá)帶,則其走開傳達(dá)帶時(shí)的速度為V=V22gL,明顯:0≥0,即V0≥2gL時(shí),物體將素來做減速運(yùn)動(dòng)直到從傳達(dá)帶的另一端走開傳達(dá)帶。V<0,即V0<2gL時(shí),物體將不會(huì)從傳達(dá)帶的另一端走開而從進(jìn)入端走開,其可能的運(yùn)動(dòng)情況有:a、先沿V0方向減速,再反向加快直至從放入端走開傳達(dá)帶b、先沿V0方向減速,再沿v0反向加快,最后勻速直至從放入端走開傳達(dá)帶。(七)傾斜傳達(dá)帶問題的變化種類1、V0=02、V0≠0,且V0與v帶同向①V0<v帶時(shí)②V0>v帶時(shí)3、V≠0,且V與v帶反向①V<v帶時(shí)②V>v帶時(shí)0000當(dāng)μ≥tanθ時(shí),物塊在加快至與傳達(dá)帶速度同樣后,物塊將與傳達(dá)帶相對靜止,并同傳達(dá)帶一同勻速運(yùn)動(dòng);當(dāng)μ<tanθ時(shí),物塊在獲取與傳達(dá)帶同樣的速度后仍連續(xù)加快.(八)傳達(dá)帶模型的一般解法1.確立研究對象;2.受力解析和運(yùn)動(dòng)解析,(畫出受力解析圖和運(yùn)動(dòng)情況圖),注意摩擦力突變對物體運(yùn)動(dòng)的影響;3.分清楚研究過程,利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解未知量。傳達(dá)帶的詳細(xì)種類拋析:一、傳達(dá)帶問題中力與運(yùn)動(dòng)情況解析傳達(dá)帶的試題以力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系為常有,有水平方向的,有傾斜方向的,也有水平易傾斜兩個(gè)方向相聯(lián)合的,還有變形的傳達(dá)帶.在辦理傳達(dá)帶上的力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí),要依據(jù)物體的受力情況,判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì);也有依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),去求解物體的受力情況.1、水平傳達(dá)帶上的力與運(yùn)動(dòng)情況解析例1水平傳達(dá)帶被寬泛地應(yīng)用于車站、碼頭,工廠、車間。以以下圖為水平傳達(dá)帶裝置表示圖,繃緊的傳達(dá)帶AB素來保持v0=2m/s的恒定速率運(yùn)行,一質(zhì)量為m的工件無初速度地放在A處,傳達(dá)帶對工件的滑動(dòng)摩擦力使工件開始做勻加快直線運(yùn)動(dòng),設(shè)工件與傳達(dá)帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2,AB的之間距離為L=10m,g取10m/s2.求工件從A處運(yùn)動(dòng)到B地方用的時(shí)間.解析工件無初速度地放在傳達(dá)帶上,因?yàn)閭鬟_(dá)帶以2m/s的恒定速度勻速運(yùn)動(dòng),工件在傳達(dá)帶上遇到傳達(dá)帶賞賜的滑動(dòng)摩擦力作用做勻加快運(yùn)動(dòng),當(dāng)工件加快到與傳達(dá)帶速度相等時(shí),假如工件沒有滑離傳達(dá)帶,工件在傳達(dá)帶上再不相對滑動(dòng),二者一同做勻速運(yùn)動(dòng).3頁共19頁解答設(shè)工件做加快運(yùn)動(dòng)的加快度為a,加快的時(shí)間為t1,加快運(yùn)動(dòng)的位移為l,根據(jù)牛頓第二定律,有:μmg=ma代入數(shù)據(jù)可得:a=2m/s2工件加快運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=v0代入數(shù)據(jù)可得:t1=1sa此過程工件發(fā)生的位移l=1at12代入數(shù)據(jù)可得:l=1m2因?yàn)閘<L,所以工件沒有滑離傳達(dá)帶設(shè)工件隨傳達(dá)帶勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2Ll代入數(shù)據(jù)可得:t2=,則t2=v所以工件從A處運(yùn)動(dòng)到B處的總時(shí)間t=t1+t2=5.5s討論這是一道傳達(dá)帶以恒定速度運(yùn)行,而被運(yùn)送的工件初速度為0的實(shí)詰問題,解決這種問題第一要對被運(yùn)送的工件進(jìn)行受力解析,由工件的受力情況判斷出工件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),此后依據(jù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)求解待求物理量。一般情況下,工件在傳達(dá)帶上有兩種運(yùn)動(dòng)形式,一是勻加快運(yùn)動(dòng),二是勻速運(yùn)動(dòng)。從勻加快運(yùn)動(dòng)到勻速運(yùn)動(dòng)過程中,常常要對工件在傳達(dá)帶上做加快運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)能否滑離傳達(dá)帶作出判斷,假如已經(jīng)滑離傳達(dá)帶,則工件不存在勻速運(yùn)動(dòng)階段,假如沒有滑離,則工件將與傳達(dá)帶一同做勻速運(yùn)動(dòng).可見工件能否滑離傳達(dá)帶的判斷是不可以夠忽視的.例2:如圖甲所示為車站使用的水平傳達(dá)帶的模型,傳達(dá)帶長L=8m,以速度v=4m/s沿順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m=10kg的旅游包以速度v0=10m/s的初速度水平川滑上水平傳達(dá)帶.已知旅游包與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=,則旅游包從傳達(dá)帶的A端到B端所需要的時(shí)間是多少?(g=10m/s2,且可將旅游包視為質(zhì)點(diǎn).)解析旅游包受力情況如圖乙所示,旅游包遇到自己重力mg、方向豎直向下,傳達(dá)帶賞賜的支持力FN、方向豎直向上,傳達(dá)帶對旅游包的滑動(dòng)摩擦力、方向水平向左;由受力爭可知,旅游包水平滑上傳達(dá)帶后將做初速度為v0=10m/s的勻減速運(yùn)動(dòng);因?yàn)閭鬟_(dá)帶以速度v=4m/s勻速運(yùn)動(dòng),所以只需旅游包不滑離傳達(dá)帶,總有旅行包和傳達(dá)帶的速度達(dá)到相等時(shí)辰,此時(shí),旅游包便與傳達(dá)帶一同做勻速運(yùn)動(dòng).解答設(shè)旅游包在傳達(dá)帶上做勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1,即經(jīng)過t1時(shí)間,旅游包的速度達(dá)到v=4m/s,由牛頓第二定律,有:μmg=ma代入數(shù)據(jù)可得:a=6m/s24頁共19頁t1=v0v代入數(shù)據(jù)可得:t=1sa此時(shí)旅游包經(jīng)過的位移為s1,由勻減速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,有s1v02v2=7m代入數(shù)據(jù)可得:s1=2g=7m<L可知在勻減速運(yùn)動(dòng)階段,旅游包沒有滑離傳達(dá)帶,今后旅游包與傳達(dá)帶一同做勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為Ls1t2,則t2=代入數(shù)據(jù)可得:t=0.25sv故:旅游包在傳達(dá)帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=t1+t2=1.25s討論例2與例1最大的差別是被運(yùn)送的物體的初速度比傳達(dá)帶運(yùn)動(dòng)的速度要大得多,這一題設(shè)條件的變化,直接影響到工件在傳達(dá)帶上所受的滑動(dòng)摩擦力的方向,此時(shí)摩擦力所起到的作用不是例1中使物體加快,而是使物體減速.不言而喻初始運(yùn)動(dòng)情況會(huì)影響受力情況,從而影響今后的運(yùn)動(dòng)情況.例3(2006年全國理綜I第24題)一水平的淡色長傳達(dá)帶上擱置一煤塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),煤塊與傳達(dá)帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。初始時(shí),傳達(dá)帶與煤塊都是靜止的?,F(xiàn)讓傳達(dá)帶以恒定的加快度a0開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)其速度達(dá)到v0后,便以此速度做勻速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間,煤塊在傳達(dá)帶上留下了一段黑色印跡后,煤塊有關(guān)于傳達(dá)帶不再滑動(dòng)。求此黑色印跡的長度.解法1力和運(yùn)動(dòng)的看法依據(jù)“傳達(dá)帶上有黑色印跡”可知,煤塊與傳達(dá)帶之間發(fā)生了相對滑動(dòng),煤塊的加快度a小于傳達(dá)帶的加快度a0。依據(jù)牛頓第二定律,可得ag①設(shè)經(jīng)歷時(shí)間t,傳達(dá)帶由靜止開始加快到速度等于v0,煤塊則由靜止加快到v,有v0a0t②vat③因?yàn)閍a0,故vv0,煤塊連續(xù)遇到滑動(dòng)摩擦力的作用。再經(jīng)過時(shí)間t,煤塊的速度由v增添到v0,有:v0vat④今后,煤塊與傳達(dá)帶運(yùn)動(dòng)速度同樣,有關(guān)于傳達(dá)帶不再滑動(dòng),不再產(chǎn)生新的印跡.設(shè)在煤塊的速度從0增添到v0的整個(gè)過程中,傳達(dá)帶和煤塊挪動(dòng)的距離分別為s0和s,12⑤sv02s02a0tv0t⑥2a5頁共19頁傳達(dá)帶上留下的黑色印跡的長度ls0s⑦由以上各式得v02(a0g)⑧l(xiāng)a0g2解法2vt圖象法作出煤塊、傳達(dá)帶的vt圖線以以下圖,圖中標(biāo)斜線的三角形的面積,即為煤塊有關(guān)于傳達(dá)帶的v傳達(dá)帶v0位移,也即傳達(dá)帶上留下的黑色印跡的長度.l1v0t①v煤塊2tv0v0②Ov0/a0tga0v/0μg由①②解得lv02(a0g)③2a0g討論此題中的傳達(dá)帶不是以恒定的速度運(yùn)行,而是以恒定的加快度開始運(yùn)動(dòng),因?yàn)閭魉蛶У暮兔簤K的速度不等,所以煤塊在傳達(dá)帶上也做加快運(yùn)動(dòng),但題目隱含了初步段煤塊的加快度小于傳達(dá)帶的加快度,因?yàn)閮蓚€(gè)加快度大小不同樣樣,所以煤塊在傳達(dá)帶上的運(yùn)動(dòng)要比以上兩例復(fù)雜。解題的重點(diǎn)是弄清題中所求“傳達(dá)帶上留下的黑色印跡的長度”實(shí)為煤塊相關(guān)于傳達(dá)帶的位移.審清題意,選好研究對象,解析清楚物理過程,在此基礎(chǔ)上,可從不同樣的角度來解答.解法一運(yùn)使勁和運(yùn)動(dòng)的看法,屬常例解法;解法二則運(yùn)用速度圖象,直觀簡捷,甚至可一步寫出解題結(jié)果.此題取材于生活實(shí)質(zhì),以“力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”的知識(shí)為載體,著眼于察看學(xué)生的理解能力、推理能力、綜合解析能力、成立理想化模型用來解決實(shí)詰問題能力。可見此題很好地察看了考生的物理修養(yǎng)和學(xué)致使用的能力,可謂一道聯(lián)系實(shí)質(zhì)且立意高的好題.2、傾斜傳達(dá)帶上的力與運(yùn)動(dòng)情況解析例4.以以下圖,傳達(dá)帶與水平方向夾37°角,AB長為L=16m的傳達(dá)帶以恒定速度v=10m/s運(yùn)動(dòng),在傳達(dá)帶上端A處無初速開釋質(zhì)量為m=0.5kg的物塊,物塊與帶面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,求:A(1)當(dāng)傳達(dá)帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物塊從A到B所經(jīng)歷的時(shí)B間為多少?
3706頁共19頁(2)當(dāng)傳達(dá)帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物塊從A到B所經(jīng)歷的時(shí)間為多少?(sin37°=,cos37°=,取g=10m/s2).解析(1)當(dāng)傳達(dá)帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),傳達(dá)帶相對物塊向上運(yùn)動(dòng),故傳達(dá)帶遇到物塊的摩擦力沿傳達(dá)帶向下,物塊受傳達(dá)帶的摩擦力方向向上,因?yàn)閙gsin37°>μmgcos37°,故物塊向下作初速度為0的勻加快運(yùn)動(dòng)直到B處.(2)當(dāng)傳達(dá)帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),初速度為0的物塊放上傳達(dá)帶時(shí),因?yàn)閭鬟_(dá)帶相對物塊向下運(yùn)動(dòng),傳達(dá)帶遇到物塊的摩擦力方向沿傳達(dá)帶向上,物塊遇到的摩擦力方向沿傳達(dá)帶向下,物塊先做加快度為a1的勻加快運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到10m/s后,因沿傳達(dá)帶向下的重力分mgsin37°>μmgcos37°(沿傳達(dá)帶向上的摩擦力),故后一階段物塊在傳達(dá)帶上仍舊做勻加快運(yùn)動(dòng),但加快度的大小與前一段不同樣.解析(1)當(dāng)傳達(dá)帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),設(shè)物塊的加快度為a,物塊遇到傳達(dá)帶賞賜的滑動(dòng)摩擦力μmgcos37°方向沿斜面向上且小于物塊重力的分力mgsin37°,依據(jù)牛頓第二定律,有:mgsin37°-μmgcos37°=ma代入數(shù)據(jù)可得:2a=2m/s物塊在傳達(dá)帶上做加快度為a=2m/s2的勻加快運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,t=2L代入數(shù)據(jù)可得:t=4sa(2)物塊放上傳達(dá)帶的開始的一段時(shí)間受力情況如圖甲所示,前一階段物塊作初速為0的勻加快運(yùn)動(dòng),設(shè)加快度為a1,由牛頓第二定律,有2mgsin37°+μmgcos37°=ma11=10m/s,,解得:a設(shè)物塊加快時(shí)間為t1,則t1=v,解得:t1=1sa1因位移s1=1a1t12=5m<16m,說明物塊仍舊在傳達(dá)帶上.2設(shè)后一階段物塊的加快度為a2,當(dāng)物塊速度大于傳達(dá)帶速度時(shí),其受力情況如圖乙所示.由牛頓第二定律,有:2mgsin37°-μmgcos37°=ma2,解得a2=2m/s,設(shè)后階段物塊下滑終歸端所用的時(shí)間為t2.由2+a222另一解-11s不合題意舍去.L-s=vtt2/2,解得t=1s7頁共19頁所以物塊從A到B的時(shí)間為:t=t1+t2=2s討論解答此題的重點(diǎn)是解析摩擦力的方向,以及摩擦力向上和向下的條件。今后題的解答過程中我們能夠獲取以下三點(diǎn)啟迪:1)解答“運(yùn)動(dòng)和力”問題的重點(diǎn)是要解析清楚物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況,弄清所給問題的物理情況.加快度是動(dòng)力學(xué)公式和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式之間聯(lián)系的橋梁.2)審題時(shí)應(yīng)注意對題給條件作必需的定性解析和半定量的解析。如:由此題中給出的μ和θ值可作出以下判斷:當(dāng)μ≥tanθ時(shí),物塊在加快至與傳達(dá)帶速度同樣后,物塊將與傳達(dá)帶相對靜止,并同傳達(dá)帶一同勻速運(yùn)動(dòng);當(dāng)μ<tanθ時(shí),物塊在獲取與傳達(dá)帶同樣的速度后仍連續(xù)加快.3)滑動(dòng)摩擦力的方向其實(shí)不老是阻截物體的運(yùn)動(dòng),而是阻截物體間的相對運(yùn)動(dòng)。它可能是是阻力,也可能是動(dòng)力.3、水平易傾斜組合傳達(dá)帶上的力與運(yùn)動(dòng)情況解析例5如圖甲所示的傳達(dá)帶,其水平部分ab的長度為2m,傾斜部分bc的長度為4m,bc與水平面的夾角θ=37°,現(xiàn)將一小物塊A(可視為質(zhì)點(diǎn))輕輕放在傳達(dá)帶的a端,物塊A與傳達(dá)帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=.傳達(dá)帶沿圖甲所示方向以v=2m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng),若物塊A素來未走開傳達(dá)帶,試求小物塊A從a端被傳達(dá)到c端所用的時(shí)間?(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)圖甲圖乙解析物塊A在水平ab段遇到沿傳達(dá)帶運(yùn)動(dòng)方向的滑動(dòng)摩擦力作用,受力情況如圖乙所示,A先在傳達(dá)帶上做勻加快運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)一段距離,直到A的速度達(dá)到與傳達(dá)帶做勻速運(yùn)動(dòng)的速度同樣,今后A將隨傳達(dá)帶一同做勻速運(yùn)動(dòng).物塊A在傳達(dá)帶傾斜段bc之間運(yùn)動(dòng),受力情況如圖丙所示。此時(shí)因?yàn)棣蹋剑紅an37°=,即物塊所遇到的滑動(dòng)摩擦力小于重力沿斜面向下的分力,故物塊將沿傳達(dá)帶加快下滑.解答設(shè)物塊在水平傳達(dá)帶上加快的過程中的加快度為a1,依據(jù)牛頓第二定律有:μmg=ma1解得:a1=28頁共19頁物A做運(yùn)加快運(yùn)的t1v解得:t1=0.8s,t1=a1物A相送加快運(yùn)的位移s1,s1=vt10解得:s1=0.8m2當(dāng)A的速度達(dá)到2m/s,A將隨送一同勻速運(yùn),A在送水平段勻速運(yùn)的t2,2sabs1=解得:t2t=v=A在bc段遇到的摩擦力滑摩擦力,其大小μmgcos37°,A沿bc段下滑的加快度a2,依據(jù)牛第二定律有,mgsin37°-μ222mgcos37°=ma解得:a=4m/s依據(jù)運(yùn)學(xué)的關(guān)系,有:sbc312bc=4m,v=23,另=vt+2at3此中sm/s,解得:t=1s一解t3=-2s(不合意,舍去)所以物A從送的a端送到c端所用的t=t1+t2+t3=點(diǎn)解答此的關(guān)是正確解析物在水平易斜奉上的受力情況,并據(jù)此解析出物在兩種狀的奉上的運(yùn)情況。在詳細(xì)的解析程中注意物在水平易斜奉上的受力和運(yùn)情況的特色來解析,終歸是力和運(yùn)關(guān)系.4、形奉上的力與運(yùn)情況解析例6如所示10只同樣的子并排水平擺列,心分O1、O2、O3?O10,已知O1O10,水平通心,全部子均以4r/s的速。將一根、量2.0kg的勻木板O1O2O3O10平放在些子的左端,木板左端恰巧與O1直,木板與的摩擦因數(shù),求:.木板水平移的(不與的摩擦,g取10m/s2).解析木板無初速置于子上,而子的有速度,故木板遇到子的滑摩擦力的作用加快運(yùn),因?yàn)榛Σ亮Υ嬖诘那疤崾俏矬w存在相速度,故考木板的速度能否增大到和子的速度相等,其余注意到子木板的支持力是等于木板的重力,所以本也是一個(gè)送。自然本中因?yàn)椤八汀钡奶貏e性以及送的物體是有必定度的“木板”,且中求木板“水平移”的要求,所以注意到當(dāng)木板的重心運(yùn)到O10木板馬上開始翻、滑落。9頁共19頁解答(1)設(shè)輪子的半徑為r,由題意O1O10=3.6m,得輪子的半徑r=oo110=0.2m.。92輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為v2nr4n=r/s代入數(shù)據(jù)可得:v=木板遇到輪子的滑動(dòng)摩擦力f=μmg,木板在滑動(dòng)摩擦力的作用下做加快運(yùn)動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的加快度ag代入數(shù)據(jù)可得:a=2當(dāng)木板運(yùn)動(dòng)的速度與輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度v相等時(shí),木板講作勻速運(yùn)動(dòng)。由以上推理得:板在輪子上作勻加快運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tv,代入數(shù)據(jù)可得:t=1s1a木板作勻加快運(yùn)動(dòng)發(fā)生的位移s121at代入數(shù)據(jù)可得:2注意到當(dāng)木板的重心運(yùn)動(dòng)到O10時(shí)木板馬上開始翻轉(zhuǎn)、滑落,故木板“水平挪動(dòng)”的距離板在作勻速運(yùn)動(dòng)的全過程中其重心平動(dòng)發(fā)生的位移為s2所以,板運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為:tt1s2s2.4ssv1討論傳達(dá)帶問題的最大特色是“傳達(dá)帶”一般都能對被傳達(dá)的物體產(chǎn)生摩擦力,但隨著被傳達(dá)物體的速度增大,可能會(huì)出現(xiàn)摩擦力消逝的問題,這樣就會(huì)致使被傳達(dá)物體的運(yùn)動(dòng)情況發(fā)生改變。關(guān)于看似不是傳達(dá)帶的問題,假如其受力特色(摩擦力)和傳達(dá)帶相像,則能夠類比傳達(dá)帶的問題來解析求解,因其內(nèi)在的物理實(shí)質(zhì)同樣。二、傳達(dá)帶問題中能量轉(zhuǎn)變情況的解析1、水平傳達(dá)帶上的能量轉(zhuǎn)變情況解析例7以以下圖,水平傳達(dá)帶以速度v勻速運(yùn)動(dòng),一質(zhì)量為的小木塊由靜止輕放到傳達(dá)帶上,若小木塊與傳達(dá)帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)小木塊與傳達(dá)帶相對靜止時(shí),系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的內(nèi)能是( )A、mv2B、2mv2C、1mv2D、1mv242FN解析小木塊在傳達(dá)帶上的受力爭如右,由受力爭可知,小木塊在傳達(dá)帶賞賜的滑動(dòng)摩擦力f作用下做勻加快運(yùn)動(dòng),小木塊速度不停增添,當(dāng)小木塊的速度達(dá)到v時(shí),小木塊與傳達(dá)帶相對靜止,在此過程中傳達(dá)帶對小木塊的摩擦力對木塊做正功,同時(shí)木塊對傳達(dá)帶f的摩擦力對傳達(dá)帶做負(fù)功,但兩個(gè)力的大小相等,力作用的位移不等,故總功不為0,這mg10頁共19頁個(gè)差值即是系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的內(nèi)能.解答假定小木塊達(dá)到與傳達(dá)帶達(dá)到共同速度所用的時(shí)間為t,在此過程中木塊的位移為s120v121①122對木塊由動(dòng)能定理得:mv20fs1②2對傳達(dá)帶和木塊由能量關(guān)系可知:E=fs2-fs1③內(nèi)由①②③可得:E內(nèi)=1mv22故此題選D選項(xiàng)。討論傳達(dá)帶上的能量問題是有其特色的:其一是在傳達(dá)帶上的物體和傳達(dá)帶相對滑動(dòng)過程中是一對滑動(dòng)摩擦力做功;其二是這一對滑動(dòng)摩擦力做功的情況是力的大小相等,位移不等(恰巧相差一倍),并且一個(gè)是正功一個(gè)是負(fù)功;其三是一對摩擦力做功的代數(shù)和是負(fù)值,這表示機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變的量即是兩功差值的絕對值。2、傾斜傳達(dá)帶上的能量轉(zhuǎn)變情況解析例8以以下圖,電動(dòng)機(jī)帶著繃緊的傳達(dá)帶素來以v0=2m/s的速度運(yùn)動(dòng),傳達(dá)帶與水平面的夾角θ=30°,現(xiàn)把一質(zhì)量為m=10kg的工件輕輕地放在皮帶的A底端,經(jīng)過一段時(shí)間后,工件被送到高h(yuǎn)=2m的平臺(tái)上,已知工件與皮3,除此以外,不記其余耗費(fèi)。求電動(dòng)機(jī)因?yàn)锽帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=3002傳達(dá)工件多耗費(fèi)的電能。(取g=10m/s2)mgcosθ解析此題中電動(dòng)機(jī)耗費(fèi)的電能向三個(gè)方面轉(zhuǎn)變,一是用于使傳達(dá)帶以v0=2m/s的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng);二是轉(zhuǎn)變成工件與傳達(dá)帶之間因滑動(dòng)摩擦力做功而產(chǎn)生的內(nèi)能;三是用于工件增添的機(jī)械能(含工件的重力勢能和動(dòng)能);電動(dòng)機(jī)因?yàn)閭鬟_(dá)工件多耗費(fèi)的電能是指上述所列去處的二、三部分能量.解答作出工件在傳達(dá)帶上受力以以下圖,f為皮帶賞賜工件的滑動(dòng)摩擦力,對工件,根據(jù)牛頓第二定律,有:μmgcosθ-mgsinθ=ma代入數(shù)據(jù)解得:a=2.5m/s2工件達(dá)到傳達(dá)帶運(yùn)行速度v0=2m/s時(shí)所用的時(shí)間t1=vt1=代入數(shù)據(jù)解得:1at1a工件在傳達(dá)帶上加快運(yùn)動(dòng)的距離為s1=2代入數(shù)據(jù)解得:s1=0.8m2故有:s1<h/sin30°11頁共19頁說明工件在傳達(dá)帶上現(xiàn)做勻加快運(yùn)動(dòng),再做勻速運(yùn)動(dòng),工件抵達(dá)平臺(tái)時(shí)的速度為2m/s.故工件增添的機(jī)械能E=mgh+1mv2代入數(shù)據(jù)得E=220J2設(shè)在t1時(shí)間內(nèi)傳達(dá)帶的位移為2211代入數(shù)據(jù)得W=s,故轉(zhuǎn)變的內(nèi)能為:W=f(s-s)=fs60J電動(dòng)機(jī)因?yàn)閭鬟_(dá)工件多耗費(fèi)的電能?!鱁=E+W=280J討論關(guān)于傳達(dá)帶傾斜情況下能量的解析,解析時(shí),除了系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能、被傳達(dá)的物體的動(dòng)能應(yīng)當(dāng)關(guān)注外,和水平傳達(dá)帶比較還應(yīng)關(guān)注被傳達(dá)物體勢能的增添。在此題中,電動(dòng)機(jī)因?yàn)閭鬟_(dá)工件多耗費(fèi)的電能就包含了工件增添的動(dòng)能和勢能以及摩擦產(chǎn)生的熱量。自然,在解析能量情況的基礎(chǔ)是要解析出工件在傳達(dá)帶的運(yùn)動(dòng)情況,這一點(diǎn)傾斜傳達(dá)帶和水平傳達(dá)帶的特色是不同樣的。3、水平易傾斜組合傳達(dá)帶上的能量轉(zhuǎn)變情況解析例9(2003年全國理綜第34題)一傳達(dá)帶裝置表示如圖,此中傳達(dá)帶經(jīng)過AB地區(qū)時(shí)是水平的,經(jīng)過BC地區(qū)時(shí)變成圓孤形(圓孤由圓滑模板形成,未畫出),經(jīng)過CD地區(qū)時(shí)是傾斜的,AB和CD都與BC相切?,F(xiàn)將大批的質(zhì)量均為m的小貨箱一個(gè)一個(gè)在A處放到傳送帶上,擱置時(shí)初速為零,經(jīng)傳達(dá)帶運(yùn)送到D處,D和A的高度差為h.堅(jiān)固工作時(shí)傳達(dá)帶速度不變,CD段上各箱等距擺列,相鄰兩箱的距離為L.每個(gè)箱在A處投放后,在抵達(dá)B以前已經(jīng)有關(guān)于傳達(dá)帶靜止,且以后也不再滑動(dòng)(忽視經(jīng)BC段時(shí)的微小滑動(dòng)).已知在一段相當(dāng)長的時(shí)間T內(nèi),共運(yùn)送小貨箱的數(shù)量為N.這裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),傳達(dá)帶與輪子間無相對滑動(dòng),不計(jì)輪軸處的摩擦.求電動(dòng)機(jī)的均勻輸出功率P.解析要求電動(dòng)機(jī)的均勻輸出功率,就應(yīng)當(dāng)取一段時(shí)間并解析該階段中電動(dòng)機(jī)所做的功。由題意可知,所取時(shí)間最好是實(shí)質(zhì)T,在該段時(shí)間內(nèi),電動(dòng)機(jī)所做的功直接不便于求解,能夠從能量轉(zhuǎn)變的角度來解析,從整個(gè)系統(tǒng)的能量流素來看,正是應(yīng)為電動(dòng)機(jī)對系統(tǒng)注入了能量,才使得系統(tǒng)中產(chǎn)生了熱能,各木箱的動(dòng)能和勢能都增添了。故電動(dòng)機(jī)在T時(shí)間內(nèi)做的功就能夠轉(zhuǎn)變成易求的三種能量。解析以地面為參照系(下同),設(shè)傳達(dá)帶的運(yùn)動(dòng)速度為v0,在水平段運(yùn)輸?shù)倪^程中,小貨箱先在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻加快運(yùn)動(dòng),設(shè)這段行程為s,所用時(shí)間為t,加快度為a,則對小貨箱有12頁共19頁s1at2①v0at②2在這段時(shí)間內(nèi),傳達(dá)帶運(yùn)動(dòng)的行程為s0v0t③由以上3式,可得s02s④用f表示小貨箱與傳達(dá)帶之間的滑動(dòng)摩擦力,則傳達(dá)帶對小貨箱做功為A,Afs1mv02⑤221mv02傳達(dá)帶戰(zhàn)勝小貨箱對它的摩擦力做功A0fs0mv02⑥2二者之差就是戰(zhàn)勝摩擦力做功發(fā)出的熱量Q1mv02⑦2可見,在小貨箱加快運(yùn)動(dòng)過程中,小貨箱獲取的動(dòng)能與發(fā)熱量相等。T時(shí)間內(nèi),電動(dòng)機(jī)輸出的功為W,WPT⑧此功用于增添小貨箱的動(dòng)能、勢能以及使小貨箱加快過程中戰(zhàn)勝摩擦力做功放出的熱量,即W1Nmv02NmghNQ⑨2已知相鄰兩小貨箱的距離為L,則N個(gè)小貨箱之間的距離為(N-1)L,它應(yīng)等于傳達(dá)帶在時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離,即v0T(N1)L⑩因?yàn)門很大,所以N很大。聯(lián)立⑦⑧⑨⑩,得NmN2L2gh]⑾P[2TT討論此題察看的知識(shí)內(nèi)容是高中物理的核心部分,即能量轉(zhuǎn)變與守恒定律。命題專家的企圖是經(jīng)過解析復(fù)雜的物理過程,找出各個(gè)過程中與之有關(guān)系的條件,來察看考生的綜合解析能力.在入題時(shí)要解析清楚電動(dòng)機(jī)做的功供給了哪些能量:第一,小箱放入傳達(dá)帶之后與皮帶之間產(chǎn)生相對滑動(dòng),需要戰(zhàn)勝摩擦力做功而產(chǎn)生熱量;其次,小箱從靜止抵達(dá)與皮帶擁有共同的速度而獲取動(dòng)能;最后,小箱被送到h高處增添了重力勢能;以上三個(gè)方面的能量都是電動(dòng)機(jī)做功的結(jié)果。從當(dāng)年的答題情況看,好多考生在計(jì)算電動(dòng)機(jī)做功時(shí)遺漏了小箱相對傳達(dá)帶滑動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量.13頁共19頁4、變形傳達(dá)帶上的能量轉(zhuǎn)變情況解析10以以下圖,用半徑為r=0.4m的電動(dòng)滾輪在長薄鐵板上表面壓軋一道淺槽。薄鐵板的長為L=、質(zhì)量為m=10kg。已知滾輪與鐵板、鐵板與工作臺(tái)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為2工作時(shí)滾輪對鐵板產(chǎn)生恒定的=0.3和μ=0.1。鐵板從一端放入工作臺(tái)的滾輪下,豎直向下的壓力為N=100N,在滾輪的摩擦作用下鐵板由靜止向前運(yùn)動(dòng)并被壓軋出一淺槽。已知滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒為ω=滾輪鐵板5rad/s,g取10m/s2。求:加工一塊鐵板電動(dòng)機(jī)要耗費(fèi)多少電能?(不考慮電動(dòng)機(jī)自己的能耗)解析在加工鐵板時(shí),可由鐵板的受力情況來解析其運(yùn)動(dòng)情況。其受力情況是:在豎直方向上遇到重力、滾輪的壓力、以及地面的支持力;在水平方向上上表面遇到向前的滑動(dòng)摩擦力,下表面遇到向后的滑動(dòng)摩擦力,經(jīng)過計(jì)算可知向前的摩擦力大于向后的摩擦力故鐵板向前加快運(yùn)動(dòng)。這樣就應(yīng)當(dāng)考慮鐵板的速度能否能達(dá)到和滾輪的線速度相等,若相等,今后鐵板上表面遇到的即是靜摩擦力,鐵板將開始勻速運(yùn)動(dòng)。在受力情況和運(yùn)動(dòng)情況解析清楚的基礎(chǔ)上,再從能量的角度解析,能夠發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)耗費(fèi)的電能流流向了三個(gè)方面,一是用于鐵板增添動(dòng)能;二是轉(zhuǎn)變成滾輪和鐵板之間產(chǎn)生的熱能;三是轉(zhuǎn)變成鐵板和地面之間產(chǎn)生的熱能。至此此題已不難求解。解答開始砂輪給鐵板向前的滑動(dòng)摩擦力工作臺(tái)給鐵板的摩擦阻力F2=μ2(N+mg)N故鐵板先向右做勻加快運(yùn)動(dòng):a=F1F2m加快過程鐵板能達(dá)到的最大速度vm=ωr
F1=μ1N代入數(shù)據(jù)可得:F1=30N代入數(shù)據(jù)可得:F2=20N<F1代入數(shù)據(jù)可得:a=1m/s2代入數(shù)據(jù)可得:vm=2m/s這一過程鐵板的位移s1=vm
2
代入數(shù)據(jù)可得:s12a所以今后砂輪給鐵板的摩擦力將變成靜摩擦力,并且
F1′=F2,鐵板將做勻速運(yùn)動(dòng)。加工一塊鐵板電動(dòng)機(jī)耗費(fèi)的電能:E=EK+Q1+Q2此中EK=1,Q2=F2Lmvm2,Q1=F1s12代入數(shù)據(jù)可得加工一塊鐵板電動(dòng)機(jī)耗費(fèi)的電能:E=136J討論此題從表面上看其實(shí)不是傳達(dá)帶的問題,但在受力解析,運(yùn)動(dòng)情況解析,特別是能量轉(zhuǎn)變情況的解析上和傳達(dá)帶問題有著及其相像的特色:運(yùn)動(dòng)情況的階段性、能量轉(zhuǎn)變的多14頁共19頁樣性都是由摩擦力的特色決定的,一方面滑動(dòng)摩擦力的存在是要以相對運(yùn)動(dòng)存在為基礎(chǔ)的,一旦相對運(yùn)動(dòng)消逝,摩擦力會(huì)發(fā)生變化從而惹起運(yùn)動(dòng)情況的變化;另一方面一對滑動(dòng)摩擦力做功就會(huì)使得機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)變,在Q=fs相對中,相對行程s相對就等于被帶動(dòng)物體的實(shí)質(zhì)路程。以上筆者經(jīng)過10個(gè)實(shí)質(zhì)傳達(dá)帶問題,從兩個(gè)角度,按四種形式做了解析。整體來講,傳達(dá)帶問題的的一系列特色都是由傳達(dá)帶和被傳達(dá)的物體之間的摩擦力的特色決定的。因?yàn)槟Σ亮κ且粋€(gè)與運(yùn)動(dòng)情況(當(dāng)被傳達(dá)物體的速度達(dá)到傳達(dá)帶的速度時(shí)摩擦力就會(huì)變化)、其他受力情況(在傾斜傳達(dá)帶上要判斷重力沿斜面的重量和摩擦力的大小關(guān)系)有關(guān)的被動(dòng)力,所以被傳達(dá)物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況有多種可能的變化,同時(shí)從能量角度來看摩擦力做功也很有特色,一對滑動(dòng)摩擦力做的總功等于機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能的值。并且這個(gè)總功在求法上比一般的互相作使勁的總功更有特色,一般的一對互相作使勁的功為W=f相s相對,而在傳達(dá)帶中一對滑動(dòng)摩擦力的功W=f相s(此中s為被傳達(dá)物體的實(shí)質(zhì)行程)。15頁共19頁一、傳達(dá)帶模型解析情況傳達(dá)帶圖示滑塊可能的運(yùn)動(dòng)情況滑塊受(摩擦)力解析種類情況素來加快受力f=μmg水平1先加快后勻速先受力f=μmg,后f=0v0>v,素來減速受力f=μmg情況0先受力f=μmg,后f=0水平v>v,先減速再勻速20受力f=μmgv<v,素來加快v0<v,先加快再勻速先受力f=μmg,后f=0傳達(dá)帶長度l<受力f=μmg(方向素來,滑塊一向右)直減速抵達(dá)左端情況傳達(dá)帶長度l≥,v0<v,受力f=μmg(方向素來水平向右)3滑塊先減速再向右加快,到達(dá)右端速度為v0傳達(dá)帶長度l≥減速和反向加快時(shí)受,v0>v,力f=μmg(方向素來向滑塊先減速再向右加快,最右),勻速運(yùn)動(dòng)f=0后勻速,抵達(dá)右端速度為v素來加快受摩擦力f=cos情況μmgθ傾斜先受摩擦力f=μmgcos4先加快后勻速θ,后f=mgsinθ素來加快受摩擦力f=cosμmgθ先受摩擦力cos先加快后勻速f=μmg情況θ,后f=mgsinθ傾斜5先受摩擦力f=μmgcos先以加快度a1加快,后以加θ,后受反向的摩擦力速度a2加快f=μmgcosθ素來加快受摩擦力f=cosμmgθ先受摩擦力cos先加快后勻速f=μmgθ,后f=mgsinθ情況傾斜素來勻速(v0>v)受摩擦力f=mgsinθ60受摩擦力f=0素來勻速(v=v)先以加快度a1加快,后以加先受摩擦力f=μmgcosθ,后受反向的摩擦力2速度a加快f=cosμmgθ素來加快受摩擦力f=cosμmgθ情況素來勻速受摩擦力=sinθ傾斜fmg7受摩擦力f=μmgcos先減速后反向加快θ,二、應(yīng)用舉例(部分高考題)1.以以下圖,一平直的傳達(dá)帶以速度v=2m/s勻速運(yùn)動(dòng),傳達(dá)帶把A處的工件運(yùn)16頁共19頁2.(06年全國)行速度最少多大t=6s,能傳達(dá)到送到B處,A,B相距L=10m。從A處把工件無初速地放到傳達(dá)帶上,經(jīng)過時(shí)間B處,要用最短的時(shí)間把工件從A處傳達(dá)到B處,求傳達(dá)帶的運(yùn)?ABv一水平的淡色長傳達(dá)帶上擱置一煤塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),煤塊與傳達(dá)帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。初始時(shí),傳達(dá)帶與煤塊都是靜止的?,F(xiàn)讓傳達(dá)帶以恒定的加快度a0開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)其速度達(dá)到v0后,便以此速度做勻速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過一段時(shí)間,煤塊在傳達(dá)帶上留下了一段黑色印跡后,煤塊有關(guān)于傳達(dá)帶不再滑動(dòng),求此黑色印跡的長度。3.水平傳達(dá)帶被寬泛地應(yīng)用于機(jī)場和火車站,用于對游客的行李進(jìn)行安全檢查。如圖為一水平傳達(dá)帶裝置表示圖,繃緊的傳達(dá)帶AB素來保持v=1m/s的恒定速率運(yùn)行,一質(zhì)量為m=4Kg的行李無初速地放在A處,傳達(dá)帶對行李的滑動(dòng)摩擦力使行李開始做勻加快直線運(yùn)動(dòng),隨后行李又以與傳達(dá)帶相等的速率做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)行李與傳達(dá)帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,AB間的距離l,取2。=2.0mg10m/s1)求行李剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的滑動(dòng)摩擦力大小與加快度大小。2)求行李做
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