《2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點專題突破 專題27 與摩擦生熱相關(guān)的功能關(guān)系問題 傳送帶模型學(xué)案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點專題突破 專題27 與摩擦生熱相關(guān)的功能關(guān)系問題 傳送帶模型學(xué)案(4頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點專題突破 專題27 與摩擦生熱相關(guān)的功能關(guān)系問題 傳送帶模型學(xué)案
1.傳送帶模型:是高中物理中比較成熟的模型,典型的有水平和傾斜兩種情況。一般設(shè)問的角度有兩個:
(1)動力學(xué)角度:首先要正確分析物體的運(yùn)動過程,做好受力分析,然后利用運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合牛頓第二定律求物體及傳送帶在相應(yīng)時間內(nèi)的位移,找出物體和傳送帶之間的位移關(guān)系。
(2)能量角度:求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機(jī)多消耗的電能等,常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解。
2.傳送帶模型問題中的功能關(guān)系分析
(1)功能關(guān)系分析:W=ΔEk+ΔE
2、p+Q。
(2)對W和Q的理解:
①傳送帶做的功:W=Ffx傳;
②產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對。
3. 解題技巧
(1)對于能量轉(zhuǎn)化的過程,可以從以下兩方面來理解:
①能量有多種不同的形式,且不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。
②不同形式的能之間的轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的,即做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。做了多少功就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化,即功是能量變化的量度。
(2)涉及能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法。
①當(dāng)涉及滑動摩擦力做功,機(jī)械能不守恒時,一般應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。
②解題時,首先確定初末狀態(tài),然后分析狀態(tài)變化過程中哪種形式的能量減少,哪種形式的能量增加,求出減少的能量總和ΔE減和增加的能
3、量總和ΔE增,最后由ΔE減=ΔE增列式求解
4. 傳送帶模型問題的分析流程
【典例1】某快遞公司分揀郵件的水平傳輸裝置示意如圖,皮帶在電動機(jī)的帶動下保持v=1 m/s的恒定速度向右運(yùn)動,現(xiàn)將一質(zhì)量為m=2 kg的郵件輕放在皮帶上,郵件和皮帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。設(shè)皮帶足夠長,取g=10 m/s2,在郵件與皮帶發(fā)生相對滑動的過程中,求:
(1)郵件滑動的時間t;
(2)郵件對地的位移大小x;
(3)郵件與皮帶間的摩擦力對皮帶做的功W。
【答案】 (1)0.2 s (2)0.1 m (3)-2 J
【解析】 (1)設(shè)郵件放到皮帶上與皮帶發(fā)生相對滑動過程中受到的滑動摩
4、擦力為F,則F=μmg①
x=0.1 m⑤
(3)郵件與皮帶發(fā)生相對滑動的過程中,設(shè)皮帶相對地面的位移為x′,則x′=vt⑥
摩擦力對皮帶做的功
W=-Fx′⑦
由①③⑥⑦式并代入數(shù)據(jù)得W=-2 J。
【典例2】 如圖所示,傳送帶與地面的夾角θ=37°,A、B兩端間距L=16 m,傳送帶以速度v=10 m/s沿順時針方向運(yùn)動,現(xiàn)有一物體m=1 kg無初速度地放置于A端,它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),求:
(1)物體由A端運(yùn)動到B端的時間;
(2)系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量。
【答案】(1)2 s (2)24 J
【
5、解析】 (1)物體剛放上傳送帶時受到沿斜面向下的滑動摩擦力,由牛頓第二定律得
mgsin θ+μmgcos θ=ma1
設(shè)物體經(jīng)時間t1加速到與傳送帶同速,則
v=a1t1,x1=a1t12
解得a1=10 m/s2,t1=1 s,x1=5 m
設(shè)物體經(jīng)過時間t2到達(dá)B端,因mgsin θ>μmgcos θ,故當(dāng)物體與傳送帶同速后,物體將繼續(xù)加速,即
mgsin θ-μmgcos θ=ma2
L-x1=vt2+a2t22
解得t2=1 s
故物體由A端運(yùn)動到B端的時間
t=t1+t2=2 s。
(2)物體與傳送帶間的相對位移
x相=(vt1-x1)+(L-x1-vt2)
6、=6 m
故Q=μmgcos θ·x相=24 J。
【跟蹤短訓(xùn)】
1. (多選)如圖所示,水平傳送帶由電動機(jī)帶動,并始終保持以速度v勻速運(yùn)動?,F(xiàn)將質(zhì)量為m的某物塊無初速度地放在傳送帶的左端,經(jīng)過時間t物塊保持與傳送帶相對靜止。設(shè)物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ,對于這一過程,下列說法正確的是( )
A.摩擦力對物塊做的功為mv2
B.傳送帶克服摩擦力做的功為mv2
C.系統(tǒng)摩擦生熱為mv2
D.電動機(jī)多做的功為mv2
【答案】ACD
2. 如圖所示,繃緊的傳送帶與水平面的夾角θ=30°,皮帶在電動機(jī)的帶動下,始終保持v0=2 m/s的速率運(yùn)行,現(xiàn)把一質(zhì)量為m=10 k
7、g的工件(可看作質(zhì)點)輕輕放在皮帶的底端,經(jīng)過時間1.9 s,工件被傳送到h=1.5 m的高處,取g=10 m/s2,求:
(1)工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù);
(2)電動機(jī)由于傳送工件多消耗的電能。
【答案】 (1) (2)230 J
(2)從能量守恒的觀點,顯然電動機(jī)多消耗的電能用于增加工件的動能、勢能以及克服傳送帶與工件之間發(fā)生相對位移時摩擦力做功發(fā)出的熱量。
在時間t1內(nèi),皮帶運(yùn)動的位移x皮=v0t1=1.6 m
在時間t1內(nèi),工件相對皮帶的位移x相=x皮-x1=0.8 m
在時間t1內(nèi),摩擦生熱Q=μmgcos θx相=60 J
工件獲得的動能Ek=mv=20 J
工件增加的勢能Ep=mgh=150 J
電動機(jī)多消耗的電能W=Q+Ek+Ep=230 J。