Question

一传送带装置示意图，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，放置时初速度为零，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N个．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．求电动机的平均功率

.

P

．

Answer 1

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直线运动，其末速度等于传送带的速度，设这段时间内小货箱通过的位移为s，所用的时间为t，加速度为a，则对小货箱有
s=

1

2

at² ①
v₀=at ②
在这段时间内，传送带运动的路程为
s₀=v₀t③
由以上各式得
s₀=2s④
用f表示小货箱与传送带之间的滑动摩擦力，则传送带对小货箱做功为
W₁=fs=

1

2

mV02⑤
传送带克服小箱对它的摩擦力做功
W₀=fs₀=2×

1

2

mV02⑥
两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量
Q=

1

2

mV02 ⑦
可见，在小货箱加速运动过程中，小货箱获得的动能与系统因相对运动产生的热量相等．
T时间内，电动机输出的功为
W=

.

P

T ⑧
此功用于增加小货箱的动能、重力势能以及克服摩擦力产生热量，即
W=

1

2

NmV02+Nmgh+NQ ⑨
已知相邻两小箱的距离为L，所以在T时间内运送的小货箱的个数N，
则V₀T=NL 　 ⑩
联立⑦⑧⑨⑩式，得

.

P

=

Nm

T

[

N2L2

T2

+gh]．