板块模型教学设计

1、板块模型教学设计一、板块问题的重要性理想模型法是物理思维的重要方法之一。我们在解决实际问题时，常要把问题中的物理情景转化为理 想模型，然后再利用适合该模型的规律求解，因此在物理学习中培养建立物理模型的能力十分重要。板块模型是一种复合模型，是由板模型和滑块模型组合而成。构成系统的板块间存在着相互作用力， 通过相互作用力做功，实现能量转化。可以从动量、能量和牛顿运动定律等多个角度来分析这一问题。因 此，板块模型是对力学规律的综合应用能力考查的重要载体。且有很好的延展性，高考卷中多有涉及。天 津卷在 05、 07、 09 三年以此为背景进行考查。二、解题中存在的主要问题1、块和板有相对运动，参照物的

2、选取出现错乱。2、对物体受力情况不能进行正确的分析。块和板之间有相互作用，分析力时没能彻底隔离物体，研 究对象没盯死。3、忽视守恒条件，没有正确判断系统是否满足动量守恒的条件，能不能用动量守恒定律求解。4、分析过程混淆。模型一：符合动量守恒例题 ：质量为 2kg 、长度为 2.5m 的长木板 B 在光滑的水平地面上以 4m/s 的速度向右运动，将一可视为 质点的物体 A 轻放在 B 的右端，若 A 与 B 之间的动摩擦因数为 0.2，A 的质量为 m=1kg 。 g 10m / s2求：1）说明此后 A 、 B 的运动性质2）分别求出 A 、 B 的加速度3）经过多少时间 A 从 B 上滑下4

3、）A 滑离 B时， A、 B的速度分别为多大？ A、B 的位移分别为多大？5）若木板 B 足够长，最后 A 、 B 的共同速度6）当木板 B 为多长时， A 恰好没从 B 上滑下（木板 B 至少为多长， A 才不会从 B 上滑下？） 解题注意事项 ：1.判断动量是否守恒2. 抓住初末动量3. 抓住临界条件（如“恰好不掉下去” 、“停止滑动” “重力势能最大或弹性势能最大”这都 意味着共速）解决方法： 1.往往是动量守恒定律和能量守恒定律综合应用，尤其是遇到涉及 （可能是所求也可能是已知）相对位移，应用能量守恒比较简单2.但求解一个物体对地位移应用动能定理或运动学公式求解变式：（20XX 年福建

4、省四地六校联考 ）如图所示， 长 12 m，质量为 100 kg 的小车静止在光滑水平地面上 质量为 50 kg 的人从小车左端，以 4 m/s2加速度向右匀加速跑至小车的右端（人的初速度为零 ）求：（1）小车的加速度大小；（2）人从开始起跑至到达小车右端所经历的时间；（3）人从开始起跑至到达小车右端对小车所做的功1. 如图所示，带有挡板的长木板置于光滑水平面上，轻弹簧放置在木板上，右端与挡板相连，左端位于木板上的 B 点。开始时木板静止，小铁块从木板上的 A 点以速度 v0=4.0m/s 正对着弹簧运动，压缩弹簧，弹簧的最大形变量 xm=0.10m ；之后小铁块被弹回，弹簧恢复原长；最终小铁

5、块与木板以共同速度运动。已 知当弹簧的形变量为 x 时，弹簧的弹性势能 Ep=kx 2/2，式中 k 为弹簧的劲度系数；长木板质量 M=3.0kg ， 小铁块质量 m=1.0kg ，k=600N/m ，A 、B 两点间的距离 d=0.50m 。取重力加速度 g=10m/s2，不计空气阻力。1）求当弹簧被压缩最短时小铁块速度的大小v ；2）求小铁块与长木板间的动摩擦因数 ；3）试通过计算说明最终小铁块停在木板上的位置。解：（ 1）当弹簧被压缩最短时，小铁块与木板达到共同速度v，根据动量守恒定律2 分】代入数据，解得：【1 分】2）由功能关系，摩擦产生的热量等于系统损失的机械能3 分】代入数据，解

6、得：【 1 分】（3）小铁块停止滑动时，与木板有共同速度，由动量守恒定律判定，其共同速度仍 为【1 分】设小铁块在木板上向左滑行的距离为，由功能关【1 分】 代入数据，解得：分】而 ，所以，最终小铁块停在木板上 A点。【1 分】2. 如图，小车平板距地高 h，小车质量为 M ，水平地面光滑，小车左端有一质量为M/6 的小木块 ,它与平板间有摩擦，当小车与木块一起沿水平地面以速度 V 运动时，有一颗子弹水平射入并嵌在木块中， 子弹质量为 / 18 ，速度为 100，当木块从车右端滑出时，小车的速度减为V / 2 ，求：木块滑出车右端时的速度；木块落地时，木块距车右端多远 ?V3（16 分）如图所

7、示，水平光滑地面上停放着一辆小车，左侧靠在竖直墙壁上，小车的四分之一圆弧轨道AB 是光滑的，在最低点 B 与水平轨道 BC 相切， BC 的长度是圆弧半径的 10 倍，整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从 A 点正上方某处无初速下落，恰好落人小车圆弧轨道滑动，然后沿水平轨道滑行至轨道末端 C 处恰好没有滑出。已知物块到 达圆弧轨道最低点 B 时对轨道的压力是物块重力的 9 倍，小车的质量是物块的 3 倍，不考虑空气阻力和物块落人圆弧轨道 时的能量损失。求.物块开始下落的位置距水平轨道 BC 的竖直高度是圆弧半径的几倍；.物块与水平轨道 BC 间的动摩擦因数 3（16 分） .设物块的

8、质量为 m ，其开始下落处酌位置距 BC 的竖直高度为 h ，到达 8 点时的速度为 v ，小车圆弧轨道半径为 R由机械能守恒定律，有根据牛顿第二定律，有12 mgh = mv2v9mg mg = m解得H = 4R即物块开始下落的位置距水平轨道 BC 的竖直高度是圆弧半径的 4 倍。.设物块与 BC 间的滑动摩擦力的大小为 F ，物块滑到 C 点时与小车的共同速度为 v ，物块在小车上由 B 运动到 C 的过程中小车对地面的位移大小为 s 。依题意，小车的质量为 3 m ，BC 长度为 10 R 。由滑动摩擦定律，有F = mg由动量守恒定律，有对物块、小车分别应用动能定理，有m v = （

9、m + 3 m） ，12F（ 10 R + s ）=m v2 1 2 mv22解得12Fs =（3 m） v2 02 = 0.3评分标准：，.8 分，、式各 3分，式 2 分；.8 分，、式各 2分，、式各 1 分。4.（16分）如图所示，质量 m1=0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上，车长 L=15 m,现有质量 m2=0.2 kg 可视为质点的物块，以 水平向右的速度 v0=2 m/s 从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数=0.5,取g=10 m/s2 ，求（1） 物块在车面上滑行的时间 t;v0不超过多少2） 要使物块不从小车右端滑出，物块滑

10、上小车左端的速度模型二：不符合动量守恒例题： 如图 11 所示，水平地面上一个质量M=4.0 kg 、长度L=2.0 m 的木板，在 F= 8.0 N 的水平拉力作用下， 以 v0=2.0 m/s 的速度向右做匀速直线运动 板最右端 . 某时刻将质量 m=l.0 kg 的物块 （物块可视为质点） 轻放在木1）若物块与木板间无摩擦，求物块离开木板所需的时间；2）若物块与木板间有摩擦，且物块与木板间的动摩擦因数和木板与地面间的动摩擦因数相等，求将物块放在木板上后，经过多长时间木板停止运动（结果保留二位有效数字）图 11解题注意事项 ：1.判断动量是否守恒，若不守恒，应用牛顿定律解题2.对每个物体进

11、行受力分析运动状态分析，画运动简图3.分别列运动学方程，找两者位移关系速度关系变式 1：如图所示，有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上，木板质量为M=4kg ，长为 L=1.4m ；木板右端放着一小滑块，小滑块质量为 m=1kg，其尺寸远小于 L 。小滑块与木板之间的动摩擦因数为 =0.42（ g=10m/s 2）。（ 1）现用恒力 F作用在木板 M上，为了使得 m能从 M 上面滑落下来，问： F大小的范围是什么？ （2）其它条件不变，若恒力 F=22.8 牛顿，且始终作用在 M 上，最终使得 m能从 M 上面滑落下来。问：m在M 上面滑动的时间是多大？解析 :（ 1）小滑块与木板间的滑动摩

12、擦力小滑块在滑动摩擦力 f 作用下向右匀加速运动的加速度木板在拉力 F 和滑动摩擦力 f 作用下向右匀加速运动的加速度使 m 能从 M 上面滑落下来的条件是即2）设 m 在 M 上滑动的时间为 t，当恒力 F=22.8N ，木板的加速度小滑块在时间t 内运动位移木板在时间t 内运动位移2.在水平长直的轨道上，有一长度为L 的平板车在外力控制下始终保持速度 v0 做匀速直线运动某时刻将一质量为 m 的小滑块轻放到车面的中点，滑块与车面间的动摩擦因数为 （ 1）已知滑块与车面间动摩擦因数 =0.2，滑块质量 m=1kg，车长 L =2m，车速 v0=4m/s，取 g=10m/s2， 当滑块放到车面

13、中点的同时对该滑块施加一个与车运动方向相同的恒力F，要保证滑块不能从车的左端掉下，恒力 F 大小应该满足什么条件？1）设恒力 F 取最小值为 F1 ，滑块加速度为 a1，此时滑块恰好到达车的左端，则t1滑块运动到车左端的时间v0a1v0Lv0t1 0 t1由几何关系有22由牛顿定律有F1 mgma1由式代入数据解得 F1 6N则恒力 F 大小应该满足条件是 F 6N3、一质量 M 0.2kg 的长木板静止在水平面上，长木板与水平面间的滑动摩擦因数1 0.1，一质量m=0.2kg 的小滑块以 v0 1.2m/s 的速度从长木板的左端滑上长木板，滑块与长木板间滑动摩擦因数 20.4（如图 16 所

14、示），求从小滑块滑上长木板到最后静止下来的过程中，小滑块滑动的距离为多少?（滑块始终没有滑离长木块）解：小滑块受到滑动摩擦力 f2，方向向左， f2= 2mg=0.8N ；长木板受到小滑块给予人滑动摩擦力f3=0.8N ，方向向右，受地面人滑动摩擦力f1= 12mg=0.4N.f1 方向向左， f3>f1，长木板向右加速，小滑块向右做减速运动，长木板的加速度为a1，小滑块加速度为a2，当小滑块与长木板的速度相等时，小滑块与长木板相对静止，此过程中小滑块在长木板上滑行的距离 为 L ，故有v0 a2t a1ttv0a1 a2AB边重合，如图。已知盘4、一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平

15、桌面的中央。桌布的一边与桌的 解析：设圆盘的质量为，桌长为，圆盘在桌布上做加速运动的加速度为加速度的方向是水平的且垂直于表示重力加速度 ）与桌布间的动摩擦因数为 1 ，盘与桌面间的动摩擦因数为 2 。现突然以恒定加速度 a将桌布抽离桌面，?( 以 g1，则1 1 1，桌布抽出后，圆盘在桌面上做匀减速运动，以表示圆盘的加速度的大小，有2 22以地面为参考系， 设桌布从盘下抽出所经历的时间为 1 ，在这段时间内桌布移动的位移为， 圆盘移 动的位移为 1，有22 （1/2） 12， 1（1/2） 1 12由题意分析可知，当桌布比圆盘多运动了 （ /2） 的位移时，盘布分离，即 1 （ /2） ，联立

16、以上各式，可以解得5（18 分）如图所示，质量 mA为 4.0kg 的木板 A放在水平面 C上，木板与水平面间的动摩擦因数为 0.24 ，木板右端放着质量 mB为 1.0kg 的小物块 B（视为质点） ，它们均处于静止状态。木板突然受到水平向右的12N·s 的瞬时冲量 I 作用开始运动，当小物块滑离木板时，木板的动能EM为 8.0J ，小物块的动能 EkB 为 0.50J ，重力加速度取 10m/s2，求：（ 1）瞬时冲量作用结束时木板的速度v0；（ 2）木板的长度 L。5（1）设水平向右为正方向 I mAv0 代入数据解得 v0 3.0m/ s （2）设 A对B、B对A、C对A的滑

17、动摩擦力的大小分别为 FAB、FBA和FCA，B在A上滑行的时间为 t，B离开 A时A和B 的初速分别为 vA和 vB，有（FBA FCA ）t mAvA mAv0 FABt mBvB其中 FAB=FEAFCA（mA mB）g设 A、B 相对于 C的位移大小分别为 sA和 sB，有1 2 1 2（FBA FCA ）sAmAvAmAv0FABsB EAB 动量与动能之间的关系为mAvA2mAEkAmBvA2mB EkB木板 A 的长度 L sA sB 代入数据解得 L=0.50m 6、如图所示 ,绷紧的传送带与水平面的夹角 =300,皮带在电动机的带动下 ,始终保持 V0=2m/s 的速率运行

18、,现把一质量 m=10Kg的工件 （可看做质点 ）轻放在皮带的底端 ,经时间 t=1.9s,工件被传送到 h=1.5m 高处,取 g=10m/s2,求工件与皮带间的动摩擦因 数是多少 ?（ 3 /2）7如图 17所示，平板车长 L= 6.0m，质量 M= 10kg，将其置于光滑水平面上，车的上表面到水平面的距离 h=1.25m。现平板车正在光滑水平面上以 v0=10m/s 向右做匀速直线运动，某时刻对平板车施加一个方向水 平向左、大小 F 1=78N 的恒力，与此同时，将一个质量 m= 1.0kg 的木块轻放在平板车的右端。 F1 作用 1.0s 后，将力的大小改为 F 2=422N （作用位置和施力方向不变） 。F2 作用一段时间后，木块脱离平板车落到水 平面上，在木块脱离平板车的瞬间撤去F2。已知平板车与木块的动摩擦因数=0.20 ，木块可视为质点，空气阻力可忽略不计，取 g=10m/s2。求：（ 1）木块从离开平板车至落到水平面上所用的时间；F1（2）在 F1 作用的时间