届高考物理二轮复习 热点3 传送带模型学案文档格式.docx
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D.煤块与传送带由于摩擦而产生的热量为
[解析] 由题意知,煤块相对传送带滑动的条件是a滑<
a,而a滑=μg,即μ<
,A错误;
煤块到达速度v历时t=,C正确;
痕迹长度为L=v=,B错误;
因摩擦而产生的热量为
Q=μmgL=,D错误.
[答案] C
3.(多选)一足够长传送带与水平面的夹角为θ,物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连,如图所示.开始时,a、b及传送带均静止,且mb>
masinθ.现使传送带顺时针匀速转动,则运动(物块未与滑轮相碰)过程中( )
A.一段时间后物块a可能匀速运动
B.一段时间后,摩擦力对物块a可能做负功
C.开始的一段时间内,重力对a做功的功率大于重力对b做功的功率
D.摩擦力对a、b组成的系统做的功等于a、b机械能的增量
[解析] 在传送带顺时针匀速转动的开始阶段,因传送带对物块a的摩擦力沿传送带向上,且Ff1+mbg>
magsinθ,故物块a向上加速.当物块a、b的速度大小与传送带速度相等时,因magsinθ<
mbg,此时传送带对a的摩擦力沿传送带向下,则可能有magsinθ+Ff2=mbg,因而物块a可能做匀速运动,而此时Ff2方向沿传送带向下,物块a位移沿传送带向上,物块a受到的摩擦力对a做负功,A、B均正确;
a、b的速度大小相等,设为v,则有Pa=magvsinθ,Pb=mbgv,故Pa<
Pb,C错误;
对a、b整体受力分析,其受重力、支持力和传送带的摩擦力,支持力不做功,由功能关系可知,摩擦力对a、b系统所做的功等于a、b系统机械能的增量,D正确.
[答案] ABD
4.(多选)图甲、图乙中两传送带与水平面的夹角相同,都以恒定速率v顺时针转动.现将一质量为m的小物体(视为质点)轻放在传送带底端A处,小物体在图甲中传送带上到达传送带顶端B处时恰好与传送带的速率相等;
在图乙中传送带上到达离B处竖直高度为h的C处时与传送带达到共同的速率v,已知B处离地面的高度均为H.则在小物体从A到B的过程中( )
A.小物体与图甲中传送带间的动摩擦因数较小
B.两传送带对小物体做的功相等
C.两传送带消耗的电能相等
D.两种情况下因摩擦产生的热量相等
[解析] 根据公式v2=2ax,可知物体加速度关系a甲<
a乙,再由牛顿第二定律得μmgcosθ-mgsinθ=ma,得知μ甲<
μ乙,故A项正确;
传送带对小物体做的功等于小物体机械能的增加量,动能增加量相等,重力势能的增加量也相等,故两图中传送带对小物体做的功相等,故B项正确;
因摩擦产生的热量Q=Ffx相对,图甲中有Q甲=Ff1x1=Ff1,Ff1-mgsinθ=ma1=m,图乙中有Q乙=Ff2x2=Ff2,Ff2-mgsinθ=ma2=m,解得Q甲=mgH+mv2,Q乙=mg(H-h)+mv2,Q甲>
Q乙,故D项错误;
根据能量守恒定律,电动机消耗的电能E电等于因摩擦产生的热量Q与物体增加的机械能之和,因物体两次从A到B增加的机械能相同,摩擦产生的热量Q甲>
Q乙,所以将小物体运至B处,图甲中传送带消耗的电能更多,故C项错误.
[答案] AB
5.如右图所示,物块M在静止的足够长的传送带上以速度v0匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,在此传送带的速度由零逐渐增加到2v0后匀速运动的过程中,以下分析正确的是( )
A.M下滑的速度不变
B.M开始在传送带上加速到2v0后向下匀速运动
C.M先向下匀速运动,后向下加速,最后沿传送带向下匀速运动
D.M受的摩擦力方向始终沿传送带向上
[解析] 传送带静止时,物块匀速下滑,故mgsinθ=Ff,当传送带的速度大于物块的速度时,物块受到向下的摩擦力,根据受力分析可知,物块向下做加速运动,当速度达到与传送带速度相等时,物块和传送带具有相同的速度匀速下滑,故C正确,故选C.
6.(多选)一足够长的传送带与水平面的夹角为θ,以一定的速度匀速运动.某时刻在传送带适当的位置放上具有一定初速度的物块(如图a所示),以此时为t=0时刻记录了物块之后在传送带上运动的速度随时间的变化关系.如图b所示(图中取沿斜面向上的运动方向为正方向,其中两坐标大小v1>
v2).已知传送带的速度保持不变.则下列判断正确的是( )
A.若物块与传送带间的动摩擦因数为μ,则μ>
tanθ
B.0~t1内,传送带对物块做正功
C.0~t2内,系统产生的热量一定比物块动能的减少量大
D.0~t2内,传送带对物块做的功等于物块动能的减少量
[解析] 在t1~t2内,物块向上运动,则有μmgcosθ>
mgsinθ,得μ>
tanθ,故A正确;
由题意知,物块先向下运动后向上运动,则知传送带的运动方向应向上.0~t1内,物块所受摩擦力沿斜面向上,则传送带对物块做负功,故B错误;
物块的重力势能减小,动能也减小都转化为系统产生的内能,则由能量守恒得知,系统产生的热量大小一定大于物块动能的变化量大小.故C正确;
0~t2内,传送带对物块做功等于物块机械能的变化量,故D错误.
[答案] AC
7.如图所示的装置由传送带AB、水平地面CD、光滑半圆形轨道DE三部分组成.一质量为5kg的物块从静止开始沿倾角为37°
的传送带上滑下.若传送带顺时针运动,其速度v=10m/s,传送带与水平地面之间通过光滑圆弧BC相连,圆弧BC长度可忽略不计,传送带AB长度为LAB=16m,水平地面长度为LCD=6.3m,半圆轨道DE的半径R=1.125m,物块与水平地面间、传送带间的动摩擦因数均为μ=0.5.求:
(sin37°
=0.6,cos37°
=0.8)
(1)物块在传送带上运动的时间t;
(2)物块到达D点时对D点的压力大小;
(3)物块从E点抛出后的落地点与D点的距离.
[解析]
(1)刚开始运动时,对物块受力分析可知
mgsin37°
+μmgcos37°
=ma1,解得a1=10m/s2
物块与传送带达到共同速度时v=a1t1,解得t1=1s
物块的位移x=a1t=5m
此后对物块受力分析可知
-μmgcos37°
=ma2
解得a2=2m/s2
物块在传送带上的第二段运动
LAB-x=vt2+a2t
解得t2=1s
物块在传送带上运动的时间t=t1+t2=2s
(2)物块到达传送带底端的末速度v2=v+a2t2=12m/s
在水平地面CD上,物块做匀减速直线运动,其加速度大小a=μg=5m/s2
设物块到达D点时的速度为v3,则
v-v=-2aLCD,解得v3=9m/s
设此时D点对物块的支持力为FN,根据牛顿第二定律,
有FN-mg=m,解得FN=410N
根据牛顿第三定律可知,物块对D点的压力大小为410N.
(3)物块沿半圆轨道从D点运动到E点的过程机械能守恒,设物块经过E点时的速度为v4,根据机械能守恒定律有mv=mv+2mgR,解得v4=6m/s
物块从E点抛出后做平抛运动,有s=v4t3,2R=gt
解得s=m.
[答案]
(1)2s
(2)410N (3)m
8.(2017·
陕西宝鸡质检
(一))某工厂为实现自动传送工件,设计了如图所示的传送装置,由一个水平传送带AB和倾斜传送带CD组成,水平传送带长度LAB=4m,倾斜传送带长度LCD=4.45m,倾角为θ=37°
,AB和CD通过一段极短的光滑圆弧板过渡,AB传送带以v1=5m/s的恒定速率顺时针运转,CD传送带静止.已知工件与传送带间的动摩擦因数均为μ=0.5,重力加速度g=10m/s2,现将一个工件(可看作质点)无初速度地放在水平传送带最左端A点处,已知sin37°
=0.8,求:
(1)工件从A端开始被第一次传送到CD传送带,上升的最大高度和所用的时间;
(2)要使工件恰好被传送到CD传送带最上端,CD传送带沿顺时针方向运转的速度v2的大小(v2<
v1).
[解析]
(1)工件刚放在传送带AB上,在摩擦力作用下做匀加速运动,设其加速度大小为a1,速度增加到v1时所用时间为t1,位移大小为s1,受力分析如图甲所示,结合牛顿运动定律可得:
N1=mg
f1=μN1=ma1
t1==1s
s1=a1t=2.5m
由于s1<
LAB,随后工件在传送带AB上做匀速直线运动到B端,则匀速运动的时间t2为:
t2==0.3s
工件滑上CD传送带后在重力和滑动摩擦力作用下做匀减速运动,设其加速度大小为a2,速度减小到零时所用时间为t3,位移大小为s2
受力分析如图乙所示,结合牛顿运动定律可得:
N2=mgcosθ
mgsinθ+μN2=ma2
s2==1.25m
工件上升的最大高度为h=s2sinθ=0.75m
t3==0.5s
全程所用的时间为t=t1+t2+t3=1.8s
(2)CD传送带以大小为v2的速度向上转动时,当工件的速度大于v2时,滑动摩擦力沿传送带向下,加速度大小仍为a2;
当工件的速度小于v2时,滑动摩擦力沿传送带向上,受力分析如图丙所示,设其加速度大小为a3,两个过程的位移大小分别为s3和s4
结合牛顿运动定律可得:
-2a2s3=v-v
mgsinθ-μN2=ma3
-2a3s4=0-v
LCD=s3+s4
解得:
v2=4m/s
[答案]
(1)0.75m 0.5s
(2)4m/s
9.如图所示,在水平面上有一弹簧,其左端与墙壁相连,O点为弹簧原长位置,O点左侧水平面光滑.水平段OP长为L=1m,P点右侧一与水平方向成θ=30°
的足够长的传送带与水平面在P点平滑连接,传送带轮逆时针转动速率为3m/s,一质量为1kg可视为质点的物块A压缩弹簧(与弹簧不拴接),使弹簧获得的弹性势能Ep=9J,物块与OP段动摩擦因数μ1=0.1,另一与A完全相同的物块B停在P点,B与传送带的动摩擦因数μ2=,传送带足够长,A与B的碰撞时间不计,碰后A、B交换速度,重力加速度g=10m/s2,现释放A,求:
(1)物块A、B第一次碰撞前瞬间,A的速率v0;
(2)从A、B第一次碰撞后到第二次碰撞前,B与传送带之间由于摩擦而产生的热量;
(3)A、B能够碰
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