传送带问题解析传送带是应用比较广泛的一种传送装置,以其为素材的物理题大都具有情景模糊、条件隐蔽、过程复杂的特点。
2003年高考最后一题的传送带问题,让很多考生痛失22分,也使传送带问题成为人民关注的热点。
但不管传送带如何运动,只要我们分析清楚物体所受的摩擦力的大小、方向的变化情况,就不难分析物体的状态变化情况。
因为不同的放置,传送带上物体的受力情况不同,导致运动情况也不同,传送带问题是以真实物理现象为依据的问题,它既能训练学生的科学思维,又能联系科学、生产和生活实际,因而,这种类型问题具有生命力,当然也就是高考要重点考察的问题。
解决此类问题的关键是对传送带和物体进行动态分析和终态推断,灵活巧妙地从能量的观点和力的观点来揭示其本质、特征、过程力学中的传送带问题,一般可分为三大类:(一)水平放置运行的传送带,(二)倾斜放置运行的传送带;(三)平斜交接放置运行的传送带,下面分别举例加以说明,从中领悟此类问题的精华部分和解题关键所在.(一)水平放置运行的传送带处理水平放置的传送带问题,首先是要对放在传送带上的物体进行受力分析,分清物体所受摩擦力是阻力还是动力;其二是对物体进行运动状态分析,即由静态→动态→终态分析和判断,对其全过程做出合理分析、推论,进而采用有关物理规律求解.这类问题可分为①运动学型;②动力学型;③动量守恒型;④图象型.现在,来分析一下水平传送带(1)受力和运动分析时注意:①受力分析中的摩擦力突变(大小、方向)——发生在V物与V传相同的时刻;②运动分析中的速度变化——相对皮带运动方向和相对地面速度变化 V物和V带③在斜面上注意比较mgsin θ与摩擦力f的大小,④传送带长度——临界之前是否滑出⑤共速以后一定与传送带保持相对静止作匀速运动吗?(2)传送带问题中的功能分析①功能关系:WF=△EK+△EP+Q②对WF、Q的正确理解(a)传送带做的功:WF=F·S带功率P=F×V带(F由传送带受力平衡求得)(b)产生的内能:Q=f·S相对(c)如物体无初速,放在水平传送带上,则在整个加速过程中物体获得的动能EK,因为摩擦而产生的热量Q有如下关系:EK=Q=1/2mV2一、 传送带水平放置设传送带的速度为V 带,物体与传送带之间的动摩擦因数为μ,两定滑轮之间的距离为L ,物体置于传送带一端的初速度为V 0。
1、V 0=0,(如图1)V 0物体刚置于传送带上时由于受摩擦力作用,将做a =μg 的加速运动。
假定物体从开始置于传送带上一直加速到离开传送带,则其离开传送带时的速度为V =gL μ2,显然有:V 带<gL μ2 时,物体在传送带上将先加速,后匀速。
V 带 ≥gL μ2时,物体在传送带上将一直加速。
2、 V 0≠ 0,且V 0与V 带同向,(如图2)(1)V 0<V 带时同上理可知,物体刚运动到带上时,将做a =μg 的加速运动,假定物体一直加速到离开传送带,则其离开传送带时的速度为V = gL V μ220+,显然有:V 0<V 带<gL V μ220+ 时,物体在传送带上将先加速后匀速。
V 带 ≥gL V μ220+ 时,物体在传送带上将一直加速。
(2)V 0>V 带时因V 0>V 带,物体刚运动到传送带时,将做加速度大小为a = μg 的减速运动,假定物体一直减速到离开传送带,则其离开传送带时的速度为V =gL V μ220- ,显然:V 带 ≤gL V μ220-时,物体在传送带上将一直减速。
V 0 >V 带>gL V μ220- 3、 V 0≠ 0,且V 0与V 带此种情形下,物体刚运动到传送带上时将做加速度大小为 的减速运动,假定物体一直减速到离开传送带,则其离开传送带时的速度为V =gL V μ220- ,显然:V ≥ 0,即V 0≥gL μ2时,物体将一直做减速运动直到从传送带的另一端离开传送带。
V <0,即V 0< gL μ2时,物体将不会从传送带的另一端离开而从进入端离开,其可能的运动情形有:a 、先沿V 0方向减速,再反向加速直至从放入端离开传送带b 、先沿V 0方向减速,再沿V 0反向加速,最后匀速直至从放入端离开传送带。
专题聚焦一、水平传送带问题的变化类型 1:如图,一物块沿斜面由H 高处由静止滑下,斜面与水平传送带相连处为光滑圆弧,物体滑离传送带后做平抛运动,当传送带静止时,物体恰落在水平地面上的A 点,则下列说法正确的是(BC )。
A .当传送带逆时针转动时,物体落点一定在A 点的左侧B .当传送带逆时针转动时,物体落点一定落在A 点C .当传送带顺时针转动时,物体落点可能落在A 点D .当传送带顺时针转动时,物体落点一定在A 点的右侧2: 如图,水平传送带两个转动轴轴心相距20m ,正在以v =4.0m/s 的速度匀速传动,某物块儿(可视为质点)与传送带之间的动摩擦因数为0.1,将该物块儿从传送带左端无初速地轻放在传送带上,则(1)经过多长时间物块儿将到达传送带的右端(g=10m/s2)?(2)若水平传送带两个转动轴心相距为2.0m,其它条件不变,则将该物体从传送带左端无初速地轻放在传送带上,则经过多长时间物体将到达传送带的右端(g=10m/s2)?(3)时间缩短。
为使物体传到另一端所用的时间最短,传送带的最小速度是多少?3:一水平传送带两轮之间距离为20m,以2m/s的速度做匀速运动。
已知某小物体与传送带间的动摩擦因数为0.1,将该小物体沿传送带同样的方向以4m/s的初速度滑出,设传送带速率不受影响,则物体从左端运动到右端所需时间是多少?4:如图所示,一水平的浅色长传送带上放置以质量为m的煤块(可视为质点)煤块与传送带之间的动摩擦因数为,初始时,传送带与煤块都是静止的,现让传送带以恒定的加速度a开始运动,当其速度达到v 后,便以次速度作匀速运动,经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色的痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动,关于上述过程,以下判断正确的是(重力加速度为g)()A:与a之间一定满足关系≥a/gB:黑色痕迹的长度为(a-g)v2/(2a2)C:煤块从开始运动到相对于传送带静止经历的时间未v/(g)D: 煤块与传送带由于摩擦而产生的热量位m v2/24:如图所示,皮带传动装置的两轮间距L=8m,轮半径r=0.2m,皮带呈水平方向,离地面高度H=0.8m,一物体以初速度v0=10m/s从平台上冲上皮带,物体与皮带间动摩擦因数μ=0.6,(g=10m/s2)求:(1)皮带静止时,物体平抛的水平位移多大?(2)若皮带逆时针转动,轮子角速度为72r a d/s,物体平抛的水平位移多大?(3)若皮带顺时针转动,轮子角速度为72r a d/s,物体平抛的水平位移大?5:如图示,距地面高度h=5m 的平台边缘水平放置一两轮间距为d=6m 的传送带,一小物块从平台边缘以v 0=5m/s 的初速度滑上传送带。
已知平台光滑,物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,设传送带的转动速度为v',且规定顺时针转动v'为正,逆时针转动v'为负。
试分析画出小物块离开传送带右边缘落地的水平距离S 与v'的变化关系图线。
9:将一粉笔头轻放在以2m/s 的恒定速度运动的传送带上,传送带上留下一条长度为4m 的划线(粉笔头只要相对于传送带运动就能划线);若使该传送带改做匀减速运动,加速度为1.5m/s 2,并且在传送带开始做匀减速运动的同时,将另一粉笔头轻放在传送带上,该粉笔头在传送带上能留下一条多长的划线?二、传送带斜置设传送带两定滑轮间的距离为L,带与水平面的夹角为θ ,物与带之间的动摩擦因数为μ,物体置与带的一端,初速度为V 0,传送带的速度为V 带。
1、V 0=0,(如图4)物体刚放到带的下端时,因V 0=0,则其受力如图所示,显然只有f - mgsin θ>0,即μ>tgθ时,物体才会被传送带带动从而向上做加速mV 0 θmL V 带 V 0图4运动,且a=μgcos θ-gsin θ,假定物体一直加速度运动到上端,则物体在离开传送带时的速度为V= L gsim g )cos 2θθμ-(,显然: V 带<L gsim g )cos 2θθμ-(时,物体在传送带上将先加速后匀速直至从上端离开。
V 带≥L gsim g )cos 2θθμ-(时,物体在传送带上将一直加速直至从上端离开。
2、 V 0≠ 0,且V 0与V 带同向,(如图5)①V 0<V 带时,a 、μ>tg θ,物体刚运动到带上时,因V 0<V 带,则其将做a=μgcos θ-gsin θ的加速运动,假定物体一直做加速运动,则物体离开传送带时的速度为V=L g g )cos sin 2V 20θμθ-(+ ,显然: L g g V V )sin cos 2V 200θθμ-<(+<带 时,物体在传送带上将先加速后匀速直至离开传送带上端。
L gsim g V )cos 2V 20θθμ-≥(+带 时,物体将在传送带上一直加速直至离开传送带上端。
b 、μ>tg θ 物体刚运动到带上时,因V 0<V 带,物体将做加速度大小为a =gsin θ-μgcos θ的减速运动。
假定物体一直做减速运动到直至离开传送带,则物体离开传送带上端时速度为V =L g g )cos sin 2V 20θμθ-(+ ,显然:V ≥0,即V 0≥L g g )cos sin 2θμθ-(时,物体在传送带上将一直减速运动直至从装置的上端离开V <0,即V 0<L g g )cos sin 2θμθ-(时,物体在传送带上将先向上做大小为a =gsin θ-μgcos θ的减速运动,后向下做加速度最小为a =gsin θ-μgcos θ的加速运动直至离开装置的下端。
② V 0>V 带时a 、μ>tg θ,物体刚运动到带上时,因V 0>V 带,故物体将做加速度大小为a =gsin θ+μgcos θ的减速运动,假定物体一直做减速运动,则物体离开传送带时速度为V =L g g )cos sin 2V 20θμθ+(+,显然: V 带 ≤L g g )cos sin 2V 20θμθ+-(时,物体将一直减速直至离开传送带上端。
V 0>V 带>L g g )cos sin 2V 20θμθ+-(时,物体将先做减速运动后做匀速运动直至离开传送带上端。
b 、μ<tg θ ,物体刚运动到带上时,因V 0>V 带,故物体将做加速度大小为a =gsin θ+μgcos θ的减速运动。
假定物体一直做减速运动,则物体离开传送带上端时速度为V =L g g )cos sin 2V 20θμθ+-(,显然:V 带 ≤L g g )cos sin 2V 20θμθ+-(时,物体将一直减速直至离开传送带上端。