Question

如圖所示，繃緊的傳送帶與水平面的夾角θ=30°，皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，始終保持v₀=2.5m/s的速率運(yùn)行．將一質(zhì)量m=1kg的工件（可看為質(zhì)點(diǎn)）輕輕放在皮帶的底端A點(diǎn)，工件能被傳送到頂端B點(diǎn)，h=2.5m．已知工件與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=

3

2

，取g=10m/s²．求：
（1）物體從A運(yùn)動(dòng)到B，皮帶對(duì)物體所做的功是多少？
（2）工件由A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過的時(shí)間t；
（3）由于傳送工件電動(dòng)機(jī)多消耗電能是多少？

Answer 1

分析：（1）分析工件的受力情況，物體受到重力、支持力、和沿斜面向上的摩擦力作用，合力沿斜面向上，物體加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律求出加速度．由速度公式求出速度達(dá)到與傳送帶相同的時(shí)間，從而確定工件加速1s后隨傳送帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，皮帶對(duì)物體所做的功增加為工件的動(dòng)能和重力勢能；
（2）物體的運(yùn)動(dòng)分成兩段，即先做加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)，工件運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律即可求出總時(shí)間；
（3）傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)，求出位移，即可根據(jù)求出摩擦力對(duì)傳送帶所做的功；即產(chǎn)生的內(nèi)能；電動(dòng)機(jī)對(duì)運(yùn)輸機(jī)所做的功是內(nèi)能與物體所做的功的和．

解答：解：（1）設(shè)工件相對(duì)傳送帶滑動(dòng)過程的加速度為a．則由牛頓第二定律得：μmgcosθ-mgsinθ=ma
解得：a=μgcosθ-gsinθ=2.5m/s²
若工件一直加速運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，則達(dá)B點(diǎn)速度為：υ=

2al

=5m/s＞2.5m/s
由此可知，工件途中相對(duì)傳送帶靜止，達(dá)B點(diǎn)速度υ=υ₀=2.5m/s
由動(dòng)能定理得：W-mgh=

1

2

mυ2
解得：W=28.125J
（2）設(shè)工件勻加速，經(jīng)歷時(shí)間為t₁；勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷時(shí)間為t₂、A到B經(jīng)過的時(shí)間為t．則有如下關(guān)系式：t1=

υ

a

=1s
t2=

l-s1

υ

=1.5s
t=t₁+t₂=2.5s
（3）設(shè)工件相對(duì)傳送帶運(yùn)動(dòng)位移為L，則有：L=υ0t-

1

2

υt1=1.25m
由于摩擦消耗機(jī)械能Q=μmgL=9.375J
電動(dòng)機(jī)傳送工件多消耗電能E=mgh+

1

2

mυ2+Q=37.5J
答：（1）物體從A運(yùn)動(dòng)到B，皮帶對(duì)物體所做的功是28.125J
（2）工件由A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過的時(shí)間t為2.5s；
（3）由于傳送工件電動(dòng)機(jī)多消耗電能是37.5J

點(diǎn)評(píng)：本題一方面要分析工件的運(yùn)動(dòng)情況，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求解相對(duì)位移，即可求出摩擦產(chǎn)生的熱量，另一方面要分析能量如何轉(zhuǎn)化，由能量守恒定律求解電動(dòng)機(jī)多消耗的電能．