Question

【題目】如圖所示，一塊長為L、質(zhì)量m的扁平均勻規(guī)則木板通過裝有傳送帶的光滑斜面輸送。斜面與傳送帶靠在一起連成一直線，與水平方向夾角θ，傳送帶以較大的恒定速率轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送方向向上，木板與傳送帶之間動(dòng)摩擦因數(shù)為常數(shù)。已知木板放在斜面或者傳送帶上任意位置時(shí)，支持力均勻作用在木板底部。將木板靜止放在傳送帶和光滑斜面之間某一位置，位于傳送帶部位的長度設(shè)為x，當(dāng)x=L/4時(shí)，木板能保持靜止。

（1）將木板靜止放在x=L/2的位置，則木板釋放瞬間加速度多大？

（2）設(shè)傳送帶與木板間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力為f，試在0≤x≤L范圍內(nèi)，畫出f-x圖象。（本小題僅根據(jù)圖象給分）

（3）木板從x=L/2的位置靜止釋放，始終在滑動(dòng)摩擦力的作用下，移動(dòng)到x=L的位置時(shí)，木板的速度多大？

（4）在（3）的過程中，木塊的機(jī)械能增加量設(shè)為ΔE，傳送帶消耗的電能設(shè)為W，不計(jì)電路中產(chǎn)生的電熱，比較ΔE和W的大小關(guān)系，用文字說明理由。

Answer 1

【答案】（1） （2）如圖；（3）（4）△E小于W；

【解析】

（1）當(dāng)x=時(shí)，木板能保持靜止．木塊受靜摩擦力與重力沿斜面方向的分力平衡，木板靜止放在x=的位置，靜摩擦力大小與放在傳送帶上的長度成正比，則摩擦力加倍，根據(jù)牛頓第二定律求出木板釋放瞬間的加速度．
（2）在0≤x≤L范圍內(nèi)，摩擦力與放在傳送帶上的長度成正比，當(dāng)x=時(shí)，f=mgsinθ，當(dāng)x=L時(shí)，則摩擦力為f=4mgsinθ．
（3）摩擦力f與位移x圖線與x軸所圍成的面積表示摩擦力所做的功，求出木板從x=L/2的位置靜止釋放，移動(dòng)到x=L的位置過程中摩擦力所做的功，根據(jù)動(dòng)能定理求出木板的速度．
（4）在（3）的過程中，傳送帶消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為木塊的機(jī)械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為相對滑動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)能.

（1）當(dāng)x=時(shí)，木板能保持靜止，由平衡條件有：f1=mgsinθ
當(dāng)x=時(shí)，摩擦力加倍，有：f2=2mgsinθ
由牛頓第二定律得：a==gsinθ

（2）在0≤x≤L范圍內(nèi)，摩擦力與放在傳送帶上的長度成正比，當(dāng)x=時(shí)，f=mgsinθ，當(dāng)x=L時(shí)，則摩擦力為f=4mgsinθ． 畫出f-x圖象如圖．

（3）利用（2）中圖象，可知摩擦力做功：W=mgLsinθ
由動(dòng)能定理得：W-mgLsinθ=mv2
得：
（4）△E小于W；因?yàn)閭魉蛶�與木板之間有滑動(dòng)摩擦，電能有一部分轉(zhuǎn)為了內(nèi)能．