题目内容
19.如图甲所示,一与水平面成30°运输带AB以一定的速率顺时针运行.在运输带的A点处无初速度放一质量m=1kg小物体的同时对小物体施加一沿斜面向上恒力F.在小物体由运输带的A端运动到B端的过程中,其动能随位移(相对地面)变化的关系图象如图乙所示.取g=10m/s2.求:(1)小物体与运输带间的动摩擦因数;
(2)小物体在运输带上留下的划痕长度及小物体与运输带间产生的内能.
分析 (1)由图乙知,0-8s内物体的速度小于传送带的速度,8s内两者速度相等,8-24.5s内物体的速度大于传送带的速度,根据图象的斜率求合力,再分两段得出合力与F、摩擦力的关系,求摩擦力,即可求得动摩擦因数.
(2)根据Ek=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$求出8s时和24.5s时物体的速度,由位移公式求出物体与传送带的相对位移,即为划痕长度,由相对路程乘以滑动摩擦力求小物体与运输带间产生的内能.
解答 解:(1)根据动能定理知:△Ek=F合△x,则知图象乙的斜率等于合力.则0-8s内物体的合力为:F1=$\frac{128}{8}$=16N,
8-24.5s内物体的合力为:F2=$\frac{144.5-128}{24.5-8}$=1N
可得:F+μmgcos30°=F1;F-μmgcos30°=F2;
联立解得:F=8.5N,μ=$\frac{\sqrt{3}}{2}$
(2)由图乙知,8s时物体与传感带速度相同.设传送带的速度为v.则有:$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=128J,
解得:v=16m/s.
设物体到达B端时的速度为v′,则有:$\frac{1}{2}mv{′}^{2}$=144.5J
解得:v′=17m/s
物体与传送带的相对位移大小为:
△x=(vt1-$\frac{v}{2}{t}_{1}$)-($\frac{v+v′}{2}{t}_{2}$-vt2)=$\frac{v}{2}{t}_{1}$-$\frac{v′-v}{2}{t}_{2}$=$\frac{16}{2}×8$-$\frac{17-16}{2}×16.5$=55.75m
因此物体在运输带上留下的划痕长度为:L=△x=55.75m
物体与传送带的相对路程为:△S=(vt1-$\frac{v}{2}{t}_{1}$)+($\frac{v+v′}{2}{t}_{2}$-vt2)=$\frac{v}{2}{t}_{1}$+$\frac{v′-v}{2}{t}_{2}$=$\frac{16}{2}×8$+$\frac{17-16}{2}×16.5$=72.25m
故小物体与运输带间产生的内能为:Q=μmgcos30°△S=$\frac{\sqrt{3}}{2}$×1×10×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×72.25J=541.875J
答:(1)小物体与运输带间的动摩擦因数是$\frac{\sqrt{3}}{2}$;
(2)小物体在运输带上留下的划痕长度是55.75m,小物体与运输带间产生的内能是541.875J.
点评 解决本题的关键要准确分析出物体的运动情况,读懂图象的斜率等于合力,要注意物体在传送带有相对运动,要根据相对路程求内能.
| A. | 汽车在环形车道上的角速度为1rad/s | |
| B. | 汽车通过最高点时,演员处于失重状态 | |
| C. | 汽车发动机的功率恒定为4.08×104W | |
| D. | 若要挑战成功,汽车不可能以低于12m/s的恒定速率运动 |
| t/x | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| x/m | 0 | 5 | -4 | -1 | -7 | 1 |
| A. | 第2s内的位移为-9m | B. | 前2s内的位移为4m | ||
| C. | 最后3s内的位移为5m | D. | 前5s内的路程为31m |
| A. | 公式①③适用于任何电路 | |
| B. | 公式②④适用于任何电路 | |
| C. | 公式②④只适用于纯电阻电路 | |
| D. | UIt=I2Rt和UI=I2R只适用于纯电阻电路 |
| A. | 质点A、C之间的距离就是简谐波的一个波长 | |
| B. | 实线为某时刻的波形图,此时质点M向下运动,经极短时间后波形图如虚线所示 | |
| C. | 粗糙斜面上的金属球M在弹簧的作用下运动,该运动是简谐运动 | |
| D. | 单摆的摆长为l,摆球的质量为m、位移为x,此时回复力为F=-$\frac{mg}{l}x$ |