解题思路:物体轻轻放在传送带上受到滑动摩擦力而做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求得加速度,由速度公式求出物体的速度增大到与传送带相等所用时间,并求出此过程的位移,判断速度相等后物体的运动情况,若物体继续做匀速直线运动,由位移公式求解时间,即可求得总时间.
摩擦产生的热量等于摩擦力大小乘以物体相对地面的位移.由运动学求出相对位移,即可得到摩擦产生的热量.
物体放到传送带上时,相对传送带向左滑行,受到向右的滑动摩擦力,因而向右做初速度为零的匀加速直线运动,当速度增加到传送带运动的速度v=2m/s时,物体与传送带间就不再有相对滑动,也就不再受摩擦力了,此后物体做匀速运动一直到右端.
物体做匀加速运动时,受力如图示,
则开始阶段物体所受滑动摩擦力大小为:f=μFN=μmg…①
物体在皮带上滑行时加速度的大小为:a=[f/m]=μg=2m/s2…②
加速到v=2m/s过程中运动的位移为:s=
v2
2a=
22
2×2m=1m…③
加速所用的时间为 t1=[v/a]=[2/2]s=1s…④
因为s<L=4m,所以物体与传送带速度相同后做匀速直线运动,匀速直线运动的时间为 t2=[L−s/v]=[4−1/2]s=1.5s
所以物体从左端运动到右端共经历时间:t=t1+t2=2.5s…⑤
匀加速过程中,传送带的位移为 x=vt1=2×1m=2m
所以摩擦产生的热量 Q=μmg△x=μmg(x-s)=0.2×10×(2-1)J=2J
故选:C
点评:
本题考点: 功能关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律.
考点点评: 解决本题的关键能通过计算正确分析物体的运动情况,知道物体在传送带上先向右做匀加速直线运动,直到速度达到传送带的速度,又一起做匀速直线运动.