如图11所示,传送带与水平面之间的夹角为θ=30°,其上A、B两点间的距离为l=5 m,传送带在电动机的带动下以v=1 m/s的速度匀速运动,现将一质量为m=10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ=,在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中,求:(g取10 m/s2)
(1)传送带对小物体做的功;
(2)电动机做的功。
图11
解析:(1)小物体轻放在传送带上时,受力分析如图所示,根据牛顿第二定律得
沿斜面方向:μmgcos θ-mgsin θ=ma
可知,小物体上升的加速度为a=2.5 m/s2
当小物体的速度为v=1 m/s时,位移x==0.2 m
然后小物体将以v=1 m/s的速度完成4.8 m的路程,由功能关系得:W=ΔEp+ΔEk=mglsin θ+mv2=255 J
(2)电动机做功使小物体机械能增加,同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q,由v=at得t==0.4 s
相对位移x′=vt-at2=0.2 m
摩擦热Q=μmgx′cos θ=15 J
故电动机做的功为W电=W+Q=270 J。
答案:(1)255 J (2)270 J
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(18分)
风能是一种环保型的可再生能源。据勘测,我国利用风力资源至少有2.53×105MW,所以风能是很有开发前途的能源。风力发电是将风的动能通过风力发电机转化为电能的过程。某风力发电机将伞气的动能转化为电能的效率=20%,空气密度,其有效受风面积S=20m2。此风力发电机输出U=250V稳定的直流电压,用它给如图11所示的皮带传送装置的电动机(电动机未画出)供电,输电线电阻不计。已知皮带传送装置的电动机的额定电压U额=250V,允许消耗电功率的最大值P电m=500W,线圈电阻R=5.0Ω,在该电动机消耗电功率达到最大值的情况下,电动机及皮带传送装置各部分由于摩擦而损耗的功率与皮带传送装置输出的机械功率之比为1:5。重力加速度g取10m/s2.
(1)求此风力发电机在风速=10m/s时输出的电功率;
(2)求皮带传送装置的电动机消耗电功率达到最大值时,皮带传送装置输出的机械功率;
(3)已知传送带两端A、B之间距离s=10m,高度差h=4.0m。现将一货箱(可视为质点)无初速地放到传送带上A处,经t=1.0s后货箱与传送带保持相对静止,当货箱被运送至B处离开传送带时再将另一个相同的货箱以相同的方式放到A处,如此反复,总保持传送带上有一个(也只有一个)货箱。,在运送货箱的过程中,传送带的运行速度始终保持不变。若要保证皮带传送装置的电动机所消耗电功率始终不超过P电m=500W,货箱的质量应满足怎样的条件。
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(12分)如图11所示,传送带与水平地面的倾角θ为37°,AB长16m,传送带以10m/s的速率逆时针转动,在传送带上A端无初速放一质量为0.5kg的物块,它与传送带间的动摩擦因数μ为0.5。求物块从A运动到B所需时间。(sin37º=0.6,cos37º=0.8,g =10m/s2)
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