Question

【題目】如圖甲所示為某工廠將生產(chǎn)工件裝車的流水線原理示意圖。AB段是一光滑曲面，A距離水平段BC的高為H＝1.25m，水平段BC使用水平傳送帶裝置傳送工件，已知BC長(zhǎng)L＝3m，傳送帶與工件(可視為質(zhì)點(diǎn))間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.4，皮帶輪的半徑為R＝0.1m，其上部距車廂底面的高度h＝0.45m。設(shè)質(zhì)量m＝1kg的工件由靜止開始從A點(diǎn)下滑，經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的拐角處無(wú)機(jī)械能損失。通過(guò)調(diào)整皮帶輪(不打滑)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω可使工件經(jīng)C點(diǎn)拋出后落在固定車廂中的不同位置，取g＝10m/s2。

(1)當(dāng)皮帶輪靜止時(shí)，工件運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)C時(shí)的速度為多大？

(2)皮帶輪以ω1＝20rad/s逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，在工件運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？

(3)設(shè)工件在固定車廂底部的落點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離為s，試在圖乙中定量畫出s隨皮帶輪角速度ω變化關(guān)系的s－ω圖象。(規(guī)定皮帶輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)ω取正值，該問(wèn)不需要寫出計(jì)算過(guò)程)

Answer 1

【答案】(1)1m/s　(2)20J　(3)見解析

【解析】解：（1）當(dāng)皮帶輪靜止時(shí)，工件從A到C過(guò)程，由動(dòng)能定理有：

mgH﹣μmgL=mvC2﹣0

代入數(shù)值解得：vC=1m/s

（2）對(duì)工件從A至B過(guò)程，由動(dòng)能定理得：

mgH=mvB2﹣0

代入數(shù)值解得：vB=5m/s

當(dāng)皮帶輪以ω1=20rad/s逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工件從B至C的過(guò)程中一直做勻減速運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件，有：

μmg=ma

設(shè)速度減至vC歷時(shí)為t，則 vB﹣vC=at

工件對(duì)地位移 s工=L

皮帶輪速度 v1=Rω1=2m/s

傳送帶對(duì)地位移 s帶=v1t

工件相對(duì)傳送帶的位移 s相=s工+s帶

由功能關(guān)系可知：因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為：

Q摩=μmgs相

代入數(shù)據(jù)解得：Q摩=20J

（3）水平距離s隨皮帶輪角速度ω變化關(guān)系的s﹣ω圖象如圖所示

答：（1）當(dāng)皮帶輪靜止時(shí)，工件運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)C時(shí)的速度為1m/s；

（2）在工件運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為20J；

（3）在圖乙中定量畫出s隨皮帶輪角速度ω變化關(guān)系的s﹣ω圖象，如上圖所示．