2022-2023年高考物理一轮复习 物理传送带问题课件

这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 物理传送带问题课件，共25页。PPT课件主要包含了匀速运动的时间为t2，s≤L，∴v2≥v1，S12at2，t21s，V3ms，S109m，t106s，vt1ms，tsv05s等内容，欢迎下载使用。

例1、水平传送带长4.5m,以3m/s的速度作匀速运动.质量m=1kg的物体与传送带间的动摩擦因数为0.15,则该物体从静止放到传送带的一端开始,到达另一端所需时间为多少?这一过程中由于摩擦产生的热量为多少?这一过程中带动传送带转动的机器做多少功? (g取10m/s2).
解：物体在摩擦力作用下先匀加速运动, 后做匀速运动,
a =μg=1.5m/s2
t1= v / a=2s
S1= 1/2 at12= 3 m
t2=(L-S1)/v=0.5 s
∴t = t1 +t2=2.5 s
木块与传送带的相对位移 ΔS =vt1- S1=3m
Q= μmg ΔS =4.5J
机器做功W= 1/2 mv2 +Q=9J
或W= μmg S皮带= μmg vt1=9J
例2、如图示,质量m=1kg的物体从高为h=0.2m的光滑轨道上P点由静止开始下滑,滑到水平传送带上的A点,物体和皮带之间的动摩擦因数为μ=0.2,传送带AB之间的距离为L=5m,传送带一直以v=4m/s的速度匀速运动, 求:(1)物体从A运动到B的时间是多少？(2)物体从A运动到B的过程中,摩擦力对物体做了多少功?(3)物体从A运动到B的过程中,产生多少热量?(4)物体从A运动到B的过程中,带动传送带转动的电动机多做了多少功?
解：(1)物体下滑到A点的速度为v0 ,由机械能守恒定律
1/2 mv02 =mgh v0 =2m/s
物体在摩擦力作用下先匀加速运动, 后做匀速运动,
t1= (v-v0) / μg=1s
S1= (v2-v02 ) / 2μg=3m
t2=(L-S1)/v=0.5s
∴t = t1 +t2=1.5s
(2)Wf=μmg S1= 0.2×10 ×3=6 J 　　
或 Wf= 1/2 mv2 - 1/2 mv02 = 1/2 ×(16-4)= 6 J
(3)在t1时间内,皮带做匀速运动 S皮带=v t1 =4m
Q= μmg ΔS = μmg(S皮带- S1)=2J
(4)由能量守恒, W=Q+Wf=8J
或W=μmg S皮带=8J
水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查.如图为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带AB始终保持v=1m/s的恒定速率运行,一质量为m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离L=2.0m,g取10m/s2.(1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大小.(2)求行李做匀加速直线运动的时间及运动的总时间.(3)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处.求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率.
（1）滑动摩擦力f=μmg =4N
由牛顿第二定律, f=ma
代入数值,得 a=1m/s2
（2）设行李做匀加速运动的时间为t1,行李加速运动的末速度为v=1m/s.
则 t1=v/a=1s
t2=(L - 1/2 at12)／v=1.5s
运动的总时间为 T=t1+t2=2.5s
（3）行李从A处匀加速运动到B处时,传送时间最短.则
L=1/2 atmin2
代入数值,得tmin=2s
传送带对应的最小运行速率vmin=atmin
代入数值,得vmin=2m/s
例3.物块从光滑曲面上的P点自由滑下,通过粗糙的静止水平传送带以后落到地面上Q点,若传送带的皮带轮沿逆时针方向转动起来,使传送带随之运动,如图7所示,再把物块放到P点自由滑下,则：( ) A. 物块将仍落在Q点 B. 物块将会落在Q点的左边 C. 物块将会落在Q点的右边 D. 物块有可能落不到地面上
例4、 如图示,物体从Q点开始自由下滑,通过粗糙的静止水平传送带后,落在地面P点,若传送带按顺时针方向转动.物体仍从Q点开始自由下滑,则物体通过传送带后： （ ）A. 一定仍落在P点 B. 可能落在P点左方C. 一定落在P点右方 D. 可能落在P点也可能落在P点右方
解：物体滑下的初速度为v0 ,传送带静止时,物体滑到右端速度为v1,传送带转动时,物体滑到右端速度为v2,传送带长L
由功能关系 f L=1/2m(v02-v12)
传送带转动时,可能一直减速,也可能先加（减）速后匀速运动,相对滑动的距离为s
f s=1/2m(v02-v22)
例5、如图示,传送带与水平面夹角为370 ,并以v=10m/s运行,在传送带的A端轻轻放一个小物体,物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5, AB长16米,求：以下两种情况下物体从A到B所用的时间.（1）传送带顺时针方向转动（2）传送带逆时针方向转动
解： （1）传送带顺时针方向转动时受力如图示：
mg sinθ－μmg csθ= m a
a = gsinθ－μgcsθ= 2m/s2
（2）传送带逆时针方向转动物体受力如图：
开始摩擦力方向向下,向下匀加速运动
a=g sin370 +μ g cs370 = 10m/s2
t1=v/a=1s S1=1/2 ×at2 =5m S2=11m
1秒后,速度达到10m/s,摩擦力方向变为向上
a2=g sin370 -μg cs370 = 2 m/s2
物体以初速度v=10m/s向下作匀加速运动
S2= vt2+1/2×a2 t22
11=10 t2+1/2×2×t22
∴t=t1+t2=2s
例6、 如图所示,传送带不动时,物体由皮带顶端A从静止开始下滑到皮带底端B用的时间为t ,则：（ ）A. 当皮带向上运动时,物块由A 滑到B 的时间一定大于t B. 当皮带向上运动时,物块由A 滑到B 的时间一定等于t C. 当皮带向下运动时,物块由A 滑到B 的时间可能等于t D. 当皮带向下运动时,物块由A 滑到B 的时间可能小于t
解: 设工件向上运动距离S 时,速度达到传送带的速度v ,由动能定理可知
μmgS cs30°– mgS sin30°= 0－ 1/2 mv2
解得 S=0. 8m,说明工件未到达平台时,速度已达到 v ,
所以工件动能的增量为      △EK = 1/2 mv2=20J
工件重力势能增量为     △EP= mgh = 200J
在工件加速运动过程中,工件的平均速度为 v/2 ,
因此工件的位移是皮带运动距离S '的1/2,
即S '= 2S = 1.6 m
由于滑动摩擦力作功而增加的内能 △ E 为     
△E=f △S= μ mgcs30°(S '－S)= 60J
电动机多消耗的电能为 △EK+△EP+△E=280J
物体开始受到向上的摩擦力作用,做匀加速运动
滑动摩擦力 f1= μmgcsθ=75N
a=μgcsθ-gsinθ=g/4 =2.5 m/s2
经过时间t1=v/a=0.8s 速度达到2m/s ,上升s1=v2/2a=0.8m
然后在静摩擦力作用下做匀速运动,上升 s2=3.2m
静摩擦力 f2= mgsinθ=50N
t2= s2 /v=1.6 s
为保持皮带匀速运动,机器在t1时间内应增加动力75N,在t2时间内应增加动力50N
带动皮带的电动机由于传送工件多消耗的电能为
W= f1 vt1 + f2 vt2 =75×1.6+50×3.2 =120+160=280J
如图示,水平传送带AB长L=8.3m,质量为M=1kg 的木块随传送带一起以v1=2m/s的速度向左匀速运动( 传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹v0=300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度u=50m/s,以后每隔1s就有一颗子弹射向木块,设木块沿AB方向的长度可忽略,子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同, 取g=10m/s2,问：
在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离是多少？(2)木块在传送带上最多能被多少颗子弹击中？(3)木块在传送带上的最终速度多大？(4)在被第二颗子弹击中前,木块、子弹和传送带这一系统所产生的热能是多少？
(1)由动量守恒定律 mv0 –Mv1=mu+MV
对木块由动能定理： μMgS1 =1/2 MV2
(2)对木块由动量定理： μMgt1=MV
木块速度减为0后再向左匀加速运动,经t2速度增为v1
t2= v1/μg= 0.4s 这时正好第二颗子弹射入,
S2=1/2 a t22= 1/2 μg t22=0.4m
所以两颗子弹射中木块的时间间隔内木块的总位移为
S= S1 -S2=0.5m
第15颗子弹射入后的总位移为7.5m,第16颗子弹射入后,木块将从B点落下.
所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中
(3)第16颗子弹射入后,木块向右运动S3=8.3-7.5=0.8m
对木块由动能定理： μMgS3 = 1/2 M(V2 –vt2)
木块在传送带上的最终速度为 1m/s
(4)子弹射向木块过程,所产生的热能为Q1
Q1=1/2 mv02+ 1/2 Mu2 - 1/2 MV2 - 1/2 mv2 =900 +2- 4.5 – 25=872.5J
木块向右减速运动到0时,相对位移Δs1
Δs1=vt1+ S1 =2×0.6+0.9=2.1m
这一过程所产生的热能为Q2=f Δs1 =5 ×2.1=10.5J
木块向左加速运动到v时,相对位移Δs2
Δs2=vt2- S2 =2×0.4-0.4=0.4m
这一过程所产生的热能为Q3=f Δs2 =5 ×0.4=2J
整个过程系统所产生的热能为 Q= Q1 + Q2 +Q3=885J
例8、如图甲示,水平传送带的长度L=6m,传送带皮带轮的半径都为R=0.25m,现有一小物体(可视为质点)以恒定的水平速度v0滑上传送带,设皮带轮顺时针匀速转动,当角速度为ω时,物体离开传送带B端后在空中运动的水平距离为s,若皮带轮以不同的角速度重复上述动作(保持滑上传送带的初速v0不变),可得到一些对应的ω和s值,将这些对应值画在坐标上并连接起来,得到如图乙中实线所示的 s- ω图象,根据图中标出的数据(g取10m/s2 ),求:(1)滑上传送带时的初速v0以及物体和皮带间的动摩擦因数μ(2)B端距地面的高度h(3)若在B端加一竖直挡板P,皮带轮以角速度ω′=16rad/s顺时针匀速转动,物体与挡板连续两次碰撞的时间间隔t′为多少?(物体滑上A端时速度仍为v0,在和挡板碰撞中无机械能损失)
由图象可知:当ω≤ω1=4rad/s时,物体在传送带上一直减速,经过B点时的速度为
v1=ω1R=1m/s
当ω≥ ω2=28rad/s时,物体在传送带上一直加速, 经过B点时的速度为
v2=ω2R=7m/s
由 a=μg, v02 - v12 =2μgL v22 – v02 =2μgL
解得μ=0.2 v0=5m/s
(2)由图象可知:当水平速度为1m/s时,水平距离为0.5m,
h=1/2 gt2=1.25m
(3) ω′ =16rad/s 物体和板碰撞前后的速度都是v′ =ω′ R =4m/s
第一次碰后速度向左,减速到0, 再向右加速到4m/s时第二次碰板
t' =2 v' /a= 2v'／μg =4s
v0=5m/s v皮=ωR =ω/4 vB=s/t=s/0.5 将s- ω图象转化为vB - v皮图象如图示:
当ω≤4rad/s时, v皮≤1m/s, 物体在传送带上一直减速,
当 4rad/s ≤ω≤20 rad/s时, 1m/s ≤v皮 ≤v0=5m/s, 物体在传送带上先减速,然后以ωR匀速运动
当ω=20rad/s时, v皮=5m/s, 物体在传送带上一直匀速,
当20rad/s ≤ω≤28rad/s时, 5m/s ≤v皮≤7m/s, 物体在传送带上先加速,然后以ωR匀速运动
当ω≥28rad/s时, v皮≥ 7m/s, 物体在传送带上一直加速
一传送带装置示意如图,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形（圆弧由光滑模板形成,未画出）,经过CD区域时是倾斜的,AB和CD都与BC相切.现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零,经传送带运送到D处,D和A的高度差为h.稳定工作时传送带速度不变,CD段上各箱等距排列,相邻两箱的距离为L.每个箱子在A处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止,且以后也不再滑动（忽略经BC段时的微小滑动）.已知在一段相当长的时间T 内,共运送小货箱的数目为N.这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦.求电动机的平均输出功率P.
解析:以地面为参考系(下同),设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,设这段路程为s,所用时间为t,加速度为a,则对小箱有：
S =1/2·at2 v0 =at
在这段时间内,传送带运动的路程为： S0 =v0 t
由以上可得： S0 =2S
用f 表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为
A＝f S＝1/2·mv02
传送带克服小箱对它的摩擦力做功
A0＝f S0＝2×1/2·mv02
两者之差就是摩擦力做功发出的热量
[也可直接根据摩擦生热 Q= f △S= f（S0- S）计算]
可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等. Q＝1/2·mv02
T时间内,电动机输出的功为：
此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热,即：
W=N· [ 1/2·mv02+mgh+Q ]= N· [ mv02+mgh]
已知相邻两小箱的距离为L,所以：
v0T＝NL v0＝NL / T　
35. (9分)如图所示为车站使用的水平传送带装置的示意图.绷紧的传送带始终保持3.0m／s的恒定速率运行,传送带的水平部分AB距水平地面的高度为h=0.45m.现有一行李包(可视为质点)由A端被传送到B端,且传送到B端时没有被及时取下,行李包从B端水平抛出,不计空气阻力,g取l 0 m/s2 (1)若行李包从B端水平抛出的初速v＝3.0m／s,求它在空中运动的时间和飞出的水平距离； (2)若行李包以v0＝1.0m／s的初速从A端向右滑行,包与传送带间的动摩擦因数μ＝0.20,要使它从B端飞出的水平距离等于(1)中所求的水平距离,求传送带的长度L应满足的条件.