题目内容

15.某煤矿运输部有一新采购的水平浅色足够长传送带以4.0m/s的恒定速度运动,若使该传送带改做加速度大小为3.0m/s2的匀减速运动,并且在传送带开始做匀减速运动的同时,将一煤块(可视为质点)无初速度放在传送带上.已知煤块与传送带间的动摩擦因数为0.10,重力加速度取10m/s2.
(1)求煤块在浅色传送带上能留下的痕迹长度和相对于传送带运动的位移大小. (计算结果保留两位有效数字)
(2)求整个系统产生的热量.

分析 (1)传送带是匀减速直线运动,煤炭是先匀加速直线运动后匀减速直线运动,根据牛顿第二定律确定加速度,根据运动学公式求解位移;
(2)根据公式Q=f•△S相对列式求解系统因摩擦产生的热量.

解答 解:(1)传送带做匀减速运动,煤炭先是匀加速直线运动,速度与传送带相等后开始做匀减速直线运动,直到静止.
煤炭加速的加速度大小:a2=μg=1m/s2;
设经过t时间速度相等,则:v0-a1t=a2t
解得:t=$\frac{{v}_{0}}{{a}_{1}+{a}_{2}}$=$\frac{4}{3+1}$=1s;
此时速度均为:v=a2t=1m/s;
该段过程传送带位移:x1=v0t-$\frac{1}{2}$a1t2=4×1-$\frac{1}{2}$×3×12=2.5m;
该过程煤炭位移:x2=$\frac{1}{2}$a2t2=$\frac{1}{2}$×1×12=0.5m;
此后传送带继续做匀减速运动,煤炭做匀减速运动,煤炭减速的加速度大小:a3=μg=1m/s2;
故该段过程传送带位移:x3=$\frac{{v}^{2}}{2{a}_{1}}$=$\frac{{1}^{2}}{2×3}$=$\frac{1}{6}$m;
该过程煤炭位移:x4=$\frac{{v}^{2}}{2{a}_{3}}$=$\frac{{1}^{2}}{2×1}$=0.5m;
故煤块在浅色传送带上能留下的痕迹长度为:△S=2.5-0.5=2m;
相对于传送带运动的位移大小为:2m-(0.5m-$\frac{1}{6}$m)=1.7m.
(2)整个系统产生的热量:Q=f•△S=μmg•△S=0.1×m×10×1.67=1.67mJ
答:(1)煤块在浅色传送带上能留下的痕迹长度为2m,相对于传送带运动的位移大小为1.7m;
(2)整个系统产生的热量为1.67m J.

点评 本题已知受力情况确定运动情况的问题,关键是明确传送带和物体的运动性质,根据牛顿第二定律确定加速度,然后结合运动公式列式分析,不难.

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