Question

【題目】如圖甲所示為車站使用的水平傳送裝置的示意圖。繃緊的傳送帶長度L=6.0m，以v=6.0m/s的恒定速率運(yùn)行，傳送帶的水平部分AB距離水平地面的高度h=0.45m。現(xiàn)有一行李箱（可視為質(zhì)點(diǎn)）質(zhì)量m=10kg，以v0＝5.0m/s的水平初速度從A端滑上傳送帶，被傳送到B端時沒有被及時取下，行李箱從B端水平拋出，行李箱與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.20，不計空氣阻力，重力加速度g取10 m/s2。試分析求解：

（1）行李箱從傳送帶上A端運(yùn)動到B端過程中摩擦力對行李箱沖量的大小；

（2）為運(yùn)送該行李箱電動機(jī)多消耗的電能；

（3）若傳送帶的速度v可在0～8.0m/s之間調(diào)節(jié)，仍以v0的水平初速度從A端滑上傳送帶，且行李箱滑到B端均能水平拋出。請你在圖乙中作出行李箱從B端水平拋出到落地點(diǎn)的水平距離x與傳送帶速度v的關(guān)系圖象。（要求寫出作圖數(shù)據(jù)的分析過程）

Answer 1

【答案】（1）10Ns（2）60J（3）圖象見答案

【解析】

試題分析：（1）行李箱剛滑上傳送帶時做勻加速直線運(yùn)動，設(shè)行李箱受到的摩擦力為Ff

根據(jù)牛頓第二定律有 Ff＝μmg＝ma

解得 a＝μg＝2.0 m/s2

設(shè)行李箱速度達(dá)到v＝6.0 m/s時的位移為s1

v2－v02＝2as1

s1＝＝2.75m

即行李箱在傳動帶上能加速達(dá)到傳送帶的速度6.0 m/s

設(shè)摩擦力的沖量為If，依據(jù)動量定理If＝mv－mv0

解得If＝10Ns

說明：用其他方法求解，正確的也給分。沒有判斷速度能達(dá)到6.0 m/s的過程扣1分。

（2）在行李箱勻加速運(yùn)動的過程中，傳送帶上任意一點(diǎn)移動的長度s＝vt＝3 m

行李箱與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝μmg（s-s1） （1分）

行李箱增加的動能ΔEk＝m（v2－v02） （1分）

設(shè)電動機(jī)多消耗的電能為E，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律得

E＝ΔEk+Q

解得 E＝60J （1分）

（3）若行李箱一直做勻減速直線運(yùn)動，到達(dá)右端的速度：

v1＝＝1.0m/s

若行李箱一直做勻加速直線運(yùn)動，到達(dá)右端的速度：

v2＝＝7.0m/s

若傳送帶的速度v < v1，行李箱將一直做勻減速運(yùn)動，到達(dá)右端后滑出，之后做平拋運(yùn)動，時間，水平位移x＝v1t = 0.3m

若傳送帶的速度v1< v < v0，行李箱將先做勻減速運(yùn)動，達(dá)到與傳速帶共速后勻速滑出，行李箱的水平位移，式中為恒量，即水平位移x與傳送帶速度v成正比。

若傳送帶的速度v0< v < v2，行李箱將先做勻加速運(yùn)動，達(dá)到與傳速帶共速后勻速滑出，行李箱的水平位移，式中為恒量，即水平位移x與傳送帶速度v成正比。

若傳送帶的速度v>7.0m/s時，行李箱一直做勻加速運(yùn)動，到達(dá)右端后滑出，水平位移x＝v2t＝2.1 m

行李箱從傳送帶水平拋出后的x-v圖象如答圖所示。