Question

5．質量為5kg的物塊甲從傾角為37°的傳輸帶上端靜止下滑，傳送帶向上勻速轉動，其速度v=1m/s，傳送帶AB長度為16米，物塊進入水平地面CD后與放在水平地面CD上距C點x₁=1m處的物塊乙相碰，結果乙進入光滑半圓弧軌道DE，并恰好能到達半圓軌道的最高點E，傳送帶與水平地面之間光滑連接（光滑圓弧BC長度可忽略），水平面CD長度為1.8米，物塊與水平地面及傳送帶的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5，圓弧DE半徑R=0.8m，物塊乙的質量為1kg，g取10m/s²．試求：
（1）物塊甲在傳送帶上滑動產生的熱量；
（2）碰撞后一瞬間物塊乙的速度．

Answer 1

分析 （1）分析滑塊下滑過程中相對位移，由摩擦力與相對位移的乘積可求得熱量；
（2）分別對甲、乙兩物體分析，由動能定理可求得甲球碰前及乙球碰后的速度．

解答 解：（1）傳送帶上運動，則摩擦力一直向上，則物塊的加速度為：
a=$\frac{mgsin37°-μmgcos37°}{m}$=gsin37°-μgcos37°=10×0.6-0.5×10×0.8=2m/s²．
物體下滑到底部的時間為：t=$\sqrt{\frac{2{x}_{AB}}{a}}$=$\sqrt{\frac{2×16}{2}}$=4s；
此時傳送帶的位移為：s_傳送帶=vt=1×4=4m，
相對位移為：x=s_傳送帶+16=4+16=20m，
則產生的熱量為：Q=μmgcos37°x=0.5×5×10×0.8×20=400J；
（2）物塊甲到達C點的速度為：v_C=at=2×4=8m/s，
物體由C到乙的位置時，由動能定理可得：
-μmgx₁=$\frac{1}{2}$mv_甲²-$\frac{1}{2}$mv_C²，解得：v_甲=$\sqrt{54}$m/s；
碰后乙恰好到達最高點，由牛頓第二定律得：m_乙g=m_乙$\frac{{v}^{2}}{R}$，
解得：v=$\sqrt{gR}$=$\sqrt{10×0.8}$=$\sqrt{8}$m/s，
對乙物體運動過程由動能定理可得：
-μm_乙g（L-x₁）=$\frac{1}{2}$m_乙v²-$\frac{1}{2}$m_乙v_乙²，
解得，碰后乙的速度為：v_乙=4m/s，
答：（1）物塊甲在傳送帶上滑動產生的熱量為400J；
（2）碰撞后一瞬間物塊乙的速度為4m/s．

點評 本題考查動量守恒定律及動能定理的應用，過程較為復雜，要注意正確分析物理過程，根據物理過程明確物理規(guī)律的選擇．