题目内容

9.一传送带装置如图所示,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形(B、C相距很近,圆弧由小光滑模板形成,未画出),经过CD区域时是倾斜的,CD与水平面的倾角θ=37°,AB与CD都与BC相切,A、B相距3m,传送始终以5m/s的速度沿顺时针方向传动,现将质量为10kg的木箱无初速度地放在A处,它随传送带到达B后,速度大小不变地传到倾斜送带上的C点,木箱与传送带间的动摩擦因数为0.5(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:
(1)木箱从A运动到B所需要的时间;
(2)若要将木箱能传送到D点所在的平台上,D和水平段AB间的高度h的最大值;
(3)若在25分钟内,将600个同样的木箱经传送带均恰好运送到D处,(忽略经BC段时的微小滑动)此装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦,求电动机的平均输出功率P.

分析 (1)木箱刚放在水平传送带上,在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,运用牛顿第二定律和运动学公式求出匀加速运动到速度与传送带相同的时间和位移,之后木箱做匀速运动,再由位移和速度求出时间,从而得到总时间.
(2)由动能定理求解工件上升的最大高度h.或由牛顿第二定律求出加速度,由运动学公式求解最大高度.
(3)对木箱运用动能定理列式,根据相对位移求出摩擦生热,由能量守恒定律求解即可.

解答 解:(1)木箱在AB上加速时的加速度为:${a_0}=\frac{μmg}{m}=5m/{s^2}$
速度达到v0=5m/s时滑行的距离为:${x_0}=\frac{v_0^2}{{2{a_0}}}=2.5m$,因此木箱从A点开始先加速后匀速到达B点.
匀加速运动时间为:${t_1}=\frac{v_0}{a_0}=1s$,
匀速运动时间为:${t_2}=\frac{{L-{x_0}}}{v_0}=0.1s$
故从A到B的时间为:t=t1+t2=1.1s
(2)设木箱在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得:
 mgsinθ-μmgcosθ=ma,
代人数据得 a=2m/s2
它能上滑的最大高度为h,则 $\frac{h}{sinθ}=\frac{v_0^2}{2a}$,h=3.75m.
(3)木箱在AB上运动时,克服摩擦产生的热量为:Q1=f(2x0-x0)
对木箱,有 $f{x_0}=\frac{1}{2}mv_0^2$,故 ${Q_1}=\frac{1}{2}mv_0^2=125J$
依题意,木箱在CD上减速至D点速度恰好为零,则有:${x_相}=\frac{2h}{sin37°}-\frac{h}{sin37°}$
此过程中系统产生的热量为:${Q_2}=f{x_相}=μmgcos37°•\frac{h}{sin37°}=250J$ 
根据能量守恒,在T=25×60s=1500s时间内,电动机输出的能量为:E=600Q1+600Q2+600mgh,
平均功率为:$P=\frac{E}{T}=300W$
答:(1)木箱从A传送到B所需的时间是1.1s;
(2)要使木箱传送到D处所在的平台上,D到水平段AB的最大高度h为3.75m;
(3)电动机输出的平均功率P为300W.

点评 本题关键分析清楚工件的运动情况,根据牛顿第二定律求解出加速过程的加速度,再根据运动学公式和动能定理列式求解.

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