一皮带传动装置如图所示,皮带的速度v足够大.一根质量不计、劲度系数为k的弹簧一端固定,另一端连接一个质量为m的滑块,已知滑块与皮带间的动摩擦因数为μ.当滑块放到皮带上

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 简谐运动的概念/2022-11-17 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

一皮带传动装置如图所示,皮带的速度v足够大.一根质量不计、劲度系数为k的弹簧一端固定,另一端连接一个质量为m的滑块,已知滑块与皮带间的动摩擦因数为μ.当滑块放到皮带上时,弹簧的轴线恰好水平,若滑块放到皮带上的瞬间,滑块的速度为零,且弹簧正好处于自由长度,则当弹簧第一次伸长到最大时,滑块与皮带间所产生的热量是多少?

◎ 答案

μmg(vπ-2μmg/k)

◎ 解析

由于皮带的速度v足够大,故以皮带为参考系,滑块始终是向右运动,滑块所受到的滑动摩擦力方向始终是向左的.滑块实际上是向左运动,只要弹簧对它的拉力小于摩擦力,滑块是加速运动,当弹簧对它的拉力大于摩擦力,滑块做减速运动,当滑块的速度减小到零时,弹簧的伸长量最大,以后,滑块在弹簧拉力和摩擦力的作用下向右运动.由于滑块在运动过程中所受到的摩擦力的大小和方向都不变,故此滑块在皮带上的运动类似于竖直的弹簧振子,此处的摩擦力相当于竖直弹簧振子的重力,所以滑块的运动是一个简谐运动.其振幅为A=μmg/k,弹簧伸长的最大长度也就是滑块运动的位移(对地)为:
s=2A=2μmg/k
滑块在这段位移是所经历的时间为:
Δt=T/2=π
滑块在皮带上相对路径为:
Δl=vΔt-s=vπ-2μmg/k
所以,在这段时间内产生的热量,即:
Q=μmgΔl=μmg(vπ-2μmg/k).

◎ 知识点

    专家分析,试题“一皮带传动装置如图所示,皮带的速度v足够大.一根质量不计、劲度系数为k的弹簧一端固定,另一端连接一个质量为m的滑块,已知滑块与皮带间的动摩擦因数为μ.当滑块放到皮带上…”主要考查了你对  【简谐运动的概念】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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