题目内容
光电计时器的实验简易示意图如下,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间,所用的西瓯XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.光滑水平导轨MN上放两相同小物块A、B,其宽度a=3.0×10-2m,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带理想连接,今将挡光效果好,宽度为d=3.6×10-3m的两块黑色磁带分别贴在物块A和B上,且高出物块,并使高出物块部分在通过光电门时挡光.传送带水平部分长度L=8m,沿逆时针方向以恒定速度v=6m/s匀速传动.物块A、B与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,质量mA=mB=1kg.开始时在A、B间压缩一轻弹簧,锁定其处于静止状态,现解除锁定,弹开A、B,迅速移去轻弹簧,两物块第一次通过光电门,计时器显示读数均为t=9.0×10-4s.取g=10m/s2,试求:
(1)弹簧储存的弹性势能EP;
(2)物块B沿传送带向右滑动的最远距离sm;
(3)物块B滑回水平面MN的速度大小v′B;
(4)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互换速度,则弹射装置P至少必须对A做多少功,才能在AB碰后使B刚好能从Q端滑出.求此过程中,滑块B与传送带之间因摩擦产生的内能△E.

(1)弹簧储存的弹性势能EP;
(2)物块B沿传送带向右滑动的最远距离sm;
(3)物块B滑回水平面MN的速度大小v′B;
(4)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互换速度,则弹射装置P至少必须对A做多少功,才能在AB碰后使B刚好能从Q端滑出.求此过程中,滑块B与传送带之间因摩擦产生的内能△E.
(1)解除锁定弹开AB后,AB两物体的速度大小:vA=vB=
=
=4.0(m/s)
弹簧储存的弹性势能EP=
m
+
m
=16(J)
(2)B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远.
由动能定理得:-μmBgsm=0-
mB
得:sm=
=4(m)
(3)物块B沿传送带向左返回时,先匀加速运动,物块速度与传送带速度相同时一起匀速运动,设物块B加速到传送带速度v需要滑动的距离为s′
由μmBgs′=
mB
得s′=
=9 (m)>sm
表明物块B滑回水平面MN的速度没有达到传送带速度
所以:v′B=
=4(m/s)
(4)设弹射装置对A做功为W,则:
mAv
=
mA
+W
AB碰后速度互换,B的速度 v″B=v′A
B要刚好能滑出平台Q端,由能量关系有:
mBv
=μmBgL
又mA=mB,联立解得:W=μmBgL-
mA
=8(J)
联立解得,v″B=4
(m/s)
B滑过传送带过程,传送带移动的距离:S带=v
=
=12
(m)
所求内能:△E=mBgμ(L+S带)=(16+24
)=49.9(J)
答:
(1)弹簧储存的弹性势能EP为16J.
(2)物块B沿传送带向右滑动的最远距离sm是4m.
(3)物块B滑回水平面MN的速度大小v′B是4m/s.
(4)此过程中,滑块B与传送带之间因摩擦产生的内能△E是49.9J.
| d |
| t |
| 3.6×10-3 |
| 9.0×10-4 |
弹簧储存的弹性势能EP=
| 1 |
| 2 |
| v | 2A |
| 1 |
| 2 |
| v | 2B |
(2)B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远.
由动能定理得:-μmBgsm=0-
| 1 |
| 2 |
| v | 2B |
得:sm=
| ||
| 2μg |
(3)物块B沿传送带向左返回时,先匀加速运动,物块速度与传送带速度相同时一起匀速运动,设物块B加速到传送带速度v需要滑动的距离为s′
由μmBgs′=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 |
| v2 |
| 2μg |
表明物块B滑回水平面MN的速度没有达到传送带速度
所以:v′B=
| 2μgsm |
(4)设弹射装置对A做功为W,则:
| 1 |
| 2 |
| ′ | 2A |
| 1 |
| 2 |
| v | 2A |
AB碰后速度互换,B的速度 v″B=v′A
B要刚好能滑出平台Q端,由能量关系有:
| 1 |
| 2 |
| ″ | 2B |
又mA=mB,联立解得:W=μmBgL-
| 1 |
| 2 |
| v | 2A |
联立解得,v″B=4
| 2 |
B滑过传送带过程,传送带移动的距离:S带=v
| L | ||||
|
| 2×8×6 | ||
4
|
| 2 |
所求内能:△E=mBgμ(L+S带)=(16+24
| 2 |
答:
(1)弹簧储存的弹性势能EP为16J.
(2)物块B沿传送带向右滑动的最远距离sm是4m.
(3)物块B滑回水平面MN的速度大小v′B是4m/s.
(4)此过程中,滑块B与传送带之间因摩擦产生的内能△E是49.9J.
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