传送带模型问题教学中的综合分析

教学论文传送带模型问题教学中的综合分析作者姓名：张娟娟工作单位：西吉县回民中学联系电话送带模型问题教学中的综合分析摘要：高中物理教学模型很多，“传送带模型”是其中之一，该模型理论与实际生活紧密相联，而且模型问题涉及的物理知识面很广泛：包括力和运动，功能关系等。对这个模型问题的考察即是高考的热点，也是一个难点。通过模型问题的解决，可以提升学生的科学思维能力以及对知识的灵活应用能力。本文结合实际教学中所遇到的问题进行一些探讨。关键字：传送带；问题；分析传送带模型问题考题设计通常包括以下几方面：第一，物体从传送带一端被运送到另一端所用总时间；第二，物体在传送带上运动过程中摩擦力做功及做功功率计算；第三，系统由于摩擦力做功而发生的能量之间的能量的转化。而对这些考题的解决脱离不了对基础知识的深刻理解和熟练应用。下面针对教学过程中常遇到的困难及解决方法作如下的分析。1传送带模型问题解决过程中常见困难以及形成的原因。困难之一是物体与皮带之间是否存在摩擦力以及摩擦力方向的判断，尤其是倾斜传送带模型问题中更是难上加难。一方面是因为基础知识掌握不够扎实，导致上述问题经常出现，另一方面是没能理解物体的实际运动和相对运动，即物体相对于什么参考系做什么运动分析不清楚。难以判断出物体对什么参考系做什么样的运动，而这一问题的主要原因是对“力与运动关系”的理解不透彻，同时对物体与传送带间摩擦力突变的条件不明确。在计算摩擦力对物体或传送带做功及摩擦力对系统做功；系统热量增加；各种能量之间的转化问题分析中存在较大困难。其主要原因是对功的概念及计算公式理解不到位，对能量守恒定律和常见的功能关系理解不透彻，导致其不能灵活应用。2困难突破策略2.1困难（1）的突破策略针对摩擦力是否存在这一问题的的突破，就要紧抓摩擦力产生的三个条件：第一，由于摩擦力在性质上属于接触力，所以要求物体与物体直接接触且相互挤压；第二，物体间的接触面必须粗糙；第三，物体之间要有相互运动的趋势或要发生相对运动。要确定摩擦力的方向时，可分情况针对性的判断。当相对运动方向和相对运动趋势方向非常明显的情况下利用摩擦力方向与相对运动方向或相对运动趋势方向相反这一结论直接给出摩擦力方向，若是相对运动或相对运动趋势方向不明显可以用假设法确定、当然也可以由摩擦力产生的具体作用效果来分析它的方向。 例1如图1所示，将一质量m=1kg的物体，轻轻放到高为h=0.2m的光滑轨道的P点开始下滑，滑到水平输送带上的A点，物体与传送带之间的动态摩擦系数为µ=0.2，输送带AB之间的距离为L=5m，传送带以v=4m/s的速度运动，物体从A移动到B需要多长时间？图1 解析设物体运动到A点时速度为V0，由于物体从P到A的轨道是光滑且只有重力做功，图1根据机械能守恒有：得： 物体滑上传送带后相对于传送带的运动方向向左，因此受到传送带提供给它的向右的滑动摩擦力。物体在滑动摩擦力的作用下物体向做右匀加速运动，设其加速度为a,则；加速到和传送带速度相等过程中所用用时间；物体加速阶段发生的位移为。因此，物体和传送带以恒定的速度向右移动，均匀移动的时间为。也就是说，对象从A运动到B所用时间为。拓展从物体滑上传送带开始计时，时摩擦力对物体做功的功率多大？此时皮带因为克服摩擦力做功的功率为多大？解析物体在传送带上做均匀加速运动需要的时间是，因此时物体还在加速，固这一时刻物体速度为；摩擦力对物体做功的功率。而摩擦力对皮带做功功率为2.2困难（2）的突破策略通过分析物体上的力，结合牛顿第二定律，确定物体的加速度，进一步分析了物体在力作用下的运动。同时，绘制了输送带速度与物体速度的关系、加速度与皮带尺寸的关系以及运动过程的图像，准确地求出了物体的位移。传送带的位移和两者之间的关系，是突破第2个困难的关键.图2 例2在上述例1中物体从A运动B过程中，在传送带上留下来一段长度为多少摩擦划痕？图2 解析如图2所示，在物体和传送带的图3接触面上各取一点M、N，物体刚滑上传送图3带时两点重合。物体初速度为，匀加速运动末速度为，经过时间M、N两点运动到如图3所示的位置，物体对地的位移，传送带对地的位移，物体在传送带上留下来的痕迹是长度是物体和传送带在物体加速阶段相对于地面所走位移的大小之差，即。也就是说，传送带上物体留下的摩擦划痕长度为1米。2.3困难（3）的突破策略模型中涉及功能关系通常有摩擦力做功与系统内能增量的关系，电动机做功与系统机械能及内能之间的关系。解决类问题首先要明确物体和传送带在摩擦力方向的位移及摩擦力对物体和传送带做功的正负情况，其次要知道系统内能的增加量与系统摩擦力做功多少的等量关系，同时要明确各种能量之间的转化情况，坚持动能和能量守恒定律。 例3上述例1中，物体由A被传送到B的过程中克服摩擦力做的功是多少？摩擦力对传送带做了多少功？系统系统产生了多少的热量？由于物体的转移，电机消耗多少的电能？ 解析结合例1和例2的分析可知： 物体与传送带间的摩擦力大小为 摩擦力对物体做功 摩擦力对传送带做功 系统增加的热量 根据能量守恒定律可知，传递物体运动所消耗的能量，一部分转化为系统的内能，同时还有一部分转化为物体的动能，因此电动机做功拓展把这个物块从A端传送到B端的过程中，摩擦力对物块做功的平均功率是多大？解析综合前面例题分析可知，物体从A被传送到B过程中所用总时间，摩擦力对其所做总功为，因此摩擦力对物体做功的平均功率补充例题如图4所示，一工厂利用传送带将货物从地面运往高处，货物被无初速度地放在传送带底端，先后经历匀加速和匀速两个阶段的运动，最后被运到传送带顶端。试分析（1）货物在两个阶段运动过程中所受摩擦力的方向及做功情况；（2）加速阶段物体和传送带间摩擦生热的多少与物体机械能的增加量的大小关系；（3）物体从底到顶的全过程机械能的增加量与全过程摩擦力对物体所做的功多少的关系？图4分析物体刚放到传送带底端时无速度，即传图4送带相对于物体向上运转，因此物体受到沿皮带向上的滑动摩擦力；当物带同速后物体匀速运动，可知摩擦力与其重力沿斜面向下的分力平衡，此摩擦力为静摩擦力。固全过程物体所受摩擦力都沿皮带向上对物体做正功。加速阶段由外力做功与系统机械能变化的功能关系可知，机械能的增加量等于摩擦力对物体做的功。设加速阶段物体所受摩擦力为f,加速运动的时间为t，传送带速度为v，对物体来说：，对传送带来说：；摩擦生热为；机械能增加量总结实际传送带模型问题的解决，物体受力情况和运动情况的正确分析是关键，必须明确什么时候物体所受