2019高考物理一轮复习 微专题系列之热点专题突破 专题27 与摩擦生热相关的功能关系问题 传送带模型学案.doc

突破27 与摩擦生热相关的功能关系问题 传送带模型1传送带模型：是高中物理中比较成熟的模型，典型的有水平和倾斜两种情况。一般设问的角度有两个：(1)动力学角度：首先要正确分析物体的运动过程，做好受力分析，然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移，找出物体和传送带之间的位移关系。(2)能量角度：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解。2传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析：WEkEpQ。(2)对W和Q的理解：传送带做的功：WFfx传；产生的内能QFfx相对。3. 解题技巧(1)对于能量转化的过程，可以从以下两方面来理解：能量有多种不同的形式，且不同形式的能可以相互转化。不同形式的能之间的转化是通过做功来实现的，即做功的过程就是能量转化的过程。做了多少功就有多少能量发生转化，即功是能量变化的量度。(2)涉及能量转化问题的解题方法。当涉及滑动摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解 4. 传送带模型问题的分析流程【典例1】某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图，皮带在电动机的带动下保持v1 m/s的恒定速度向右运动，现将一质量为m2 kg的邮件轻放在皮带上，邮件和皮带间的动摩擦因数0.5。设皮带足够长，取g10 m/s2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求：(1)邮件滑动的时间t；(2)邮件对地的位移大小x；(3)邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W。【答案】(1)0.2 s(2)0.1 m(3)2 J【解析】(1)设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F，则Fmgx0.1 m(3)邮件与皮带发生相对滑动的过程中，设皮带相对地面的位移为x，则xvt摩擦力对皮带做的功WFx 由式并代入数据得W2 J。【典例2】如图所示，传送带与地面的夹角37，A、B两端间距L16 m，传送带以速度v10 m/s沿顺时针方向运动，现有一物体m1 kg无初速度地放置于A端，它与传送带间的动摩擦因数0.5(sin 370.6，cos 370.8)，求：(1)物体由A端运动到B端的时间；(2)系统因摩擦产生的热量。【答案】(1)2 s(2)24 J【解析】(1)物体刚放上传送带时受到沿斜面向下的滑动摩擦力，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma1设物体经时间t1加速到与传送带同速，则va1t1，x1a1t12解得a110 m/s2，t11 s，x15 m设物体经过时间t2到达B端，因mgsin mgcos ，故当物体与传送带同速后，物体将继续加速，即mgsin mgcos ma2Lx1vt2a2t22解得t21 s故物体由A端运动到B端的时间tt1t22 s。(2)物体与传送带间的相对位移x相(vt1x1)(Lx1vt2)6 m故Qmgcos x相24 J。【跟踪短训】1. (多选)如图所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度v匀速运动。现将质量为m的某物块无初速度地放在传送带的左端，经过时间t物块保持与传送带相对静止。设物块与传送带间的动摩擦因数为，对于这一过程，下列说法正确的是()A摩擦力对物块做的功为mv2B传送带克服摩擦力做的功为mv2C系统摩擦生热为mv2D电动机多做的功为mv2【答案】ACD2. 如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s的速率运行，现把一质量为m10 kg的工件(可看作质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处，取g10 m/s2，求：(1)工件与传送带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能。【答案】(1)(2)230 J(2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功发出的热量。在时间t1内，皮带运动的位移x皮v0t11.6 m在时间t1内，工件相对皮带的位移x相x皮x10.8 m在时间t1内，摩擦生热Qmgcos x相60 J工件获得的动能Ekmv20 J工件增加的势能Epmgh150 J电动机多消耗的电能WQEkEp230 J。