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天津四十二中學楊震
[例2]:如圖所示,傳送帶與水平地面夾370,以恆定的速率v0=2m/s運行。把一個質量爲10kg的物體輕放在傳送帶底端,物體被運送到高爲h=2m處,物體與傳送帶的動摩擦因數μ=0.866,不計其他摩擦以及能量損失,求:
(1)此過程產生的內能是多少?
(2)此過程中拉動傳送帶的電動機消耗的電能是多少?
解:(1)分析:首先,木塊在滑動摩擦力和重力下滑分量的作用下做勻加速運動,末速度爲v0,木箱的對地位移爲s,相對滑動的時間爲t則:
a=μgcos370-gsin370 v02=2as ,t=-
E內=fs相對=f(v0t-s)
(2)由能量轉化觀點,電動機輸出能量轉化成物體的動能,摩擦生熱和物體的重力勢能
E=-mv02+mgh+fs相對
[例3]:(2007學年度北京市東城區高三期末教學目標抽測)
如圖所示,光滑水平面上有一質量M=4.0kg的帶有圓弧軌道的平板車,車的上表面是一段長L=1.0m的粗糙水平軌道,水平軌道左側連一半徑R=0.25m的-光滑圓弧軌道,圓弧軌道與水平軌道在O′點相切。車右端固定一個尺寸可以忽略、處於鎖定狀態的壓縮彈簧,一質量m=1.0kg的小物塊緊靠彈簧放置,小物塊與水平軌道間的動摩擦因數μ=0.5。整個裝置處於靜止狀態,現將彈簧解除鎖定,小物塊被彈出,恰能到達圓弧軌道的最高點A。取g=10m/s2,求:
(1)小物塊到達A點時,平板車的速度大小;
(2)解除鎖定前彈簧的彈性勢能;
(3)小物塊第二次經過O′點時的速度大小;
(4)小物塊與車最終相對靜止時,它距O′點的距離。
解:分析:此題物體的受力多爲變力,運動過程也很複雜,緊緊抓住能量的轉化關係便可將複雜問題簡單化。
(1)平板車與小物塊組成的系統水平方向動量守恆,故到達圓弧最高點A時兩者共同的速度爲0。
(2)設彈簧接觸鎖定前的彈性勢能爲EP,由能量守恆從最開始至第一次到A點的過程中彈簧的彈性勢能轉化成物體的重力勢能和因爲摩擦所產生的熱量。
即:EP=mgR+μmgL代入數據:EP=7.5J。
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