傳送帶模型教學(xué)設(shè)計(jì)

專題：傳送帶模型教學(xué)目標(biāo)?1、知道研究方法--隔離法2、知道參考系為地面3、掌握摩擦力的分析與計(jì)算4、掌握相對(duì)位移的求法?5、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)理解力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系重難點(diǎn)分析：?1、對(duì)于物體與傳送帶之間是否存在摩擦力、是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力、摩擦力的方向比較模糊；?2、不能正確判斷物體在各部分的運(yùn)動(dòng)情況；3、對(duì)位移和相對(duì)位移理解不透徹。?教學(xué)過(guò)程知識(shí)回顧：?1、摩擦力的有無(wú)判斷：有壓力且粗糙還有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；2、摩擦力方向的判斷?與它自身運(yùn)動(dòng)方向相反；若它運(yùn)動(dòng)速度小，則所受摩擦力與其自身運(yùn)動(dòng)方向相同。（1）物塊和傳送帶同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，若物塊速度大，則它所受摩擦力（2）物塊和傳送帶向相反方向運(yùn)動(dòng)，則物塊所受摩擦力一定于它自身的運(yùn)動(dòng)方向相反。新課教學(xué)：一、傳送帶問(wèn)題分類按放置分:水平、傾斜二、難點(diǎn)形成的原因：1、對(duì)于物體與傳送帶之間是否存在摩擦力、是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力、摩擦力的方向如何，等等，這些關(guān)于摩擦力的產(chǎn)生條件、方向的判斷等基礎(chǔ)知識(shí)模糊不清；2、對(duì)于物體相對(duì)地面、相對(duì)傳送帶分別做什么樣的運(yùn)動(dòng)，判斷錯(cuò)誤；3、對(duì)于物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化情況考慮不全面，出現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化不守恒的錯(cuò)誤過(guò)程。三、難點(diǎn)突破策略：（1）突破難點(diǎn)1在以上三個(gè)難點(diǎn)中，第1個(gè)難點(diǎn)應(yīng)屬于易錯(cuò)點(diǎn)，突破方法是先讓學(xué)生正確理解摩擦力產(chǎn)生的條件、方向的判斷方法、大小的決定因素等等。通過(guò)對(duì)不同類型題目的分析練習(xí)，讓學(xué)生做到準(zhǔn)確靈活地分析摩擦力的有無(wú)、大小和方向。摩擦力的產(chǎn)生條件是：第一，物體間相互接觸、擠壓；第二，接觸面不光滑；第三，物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)。前兩個(gè)產(chǎn)生條件對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)沒有困難，第三個(gè)條件就比較容易出問(wèn)題了。若物體是輕輕地放在了勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上，那么物體一定要和傳送帶之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，物體和傳送帶一定同時(shí)受到方向相反的滑動(dòng)摩擦力。關(guān)于物體所受滑動(dòng)摩擦力的方向判斷有兩種方法：一是根據(jù)滑動(dòng)摩擦力一定要阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，先判斷物體相對(duì)傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向，可用假設(shè)法，若無(wú)摩擦，物體將停在原處，則顯然物體相對(duì)傳送帶有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因此物體要受到沿傳送帶前進(jìn)方向的摩擦力，由牛頓第三定律，傳送帶要受到向后的阻礙它運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)摩擦力；二是根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的作用效果來(lái)分析它的方向，物體只所以能由靜止開始向前運(yùn)動(dòng)，則一定受到向前的動(dòng)力作用，這個(gè)水平方向上的力只能由傳送帶提供，因此物體一定受沿傳送帶前進(jìn)方向的摩擦力，傳送帶必須要由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)才能持續(xù)而穩(wěn)定地工作，電動(dòng)機(jī)給傳送帶提供動(dòng)力作用，那么物體給傳送帶的就是阻力作用，與傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向相反。若物體是靜置在傳送帶上，與傳送帶一起由靜止開始加速，若物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)較大，加速度相對(duì)較小，物體和傳送帶保持相對(duì)靜止，它們之間存在著靜摩擦力，物體的加速就是靜摩擦力作用的結(jié)果，因此物體一定受沿傳送帶前進(jìn)方向的摩擦力；若物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)較小，加速度相對(duì)較大，物體和傳送帶不能保持相對(duì)靜止，物體將跟不上傳送帶的運(yùn)動(dòng)，但它相對(duì)地面仍然是向前加速運(yùn)動(dòng)的，它們之間存在著滑動(dòng)摩擦力，同樣物體的加速就是該摩擦力的結(jié)果，因此物體一定受沿傳送帶前進(jìn)方向的摩擦力。若物體與傳送帶保持相對(duì)靜止一起勻速運(yùn)動(dòng)，則它們之間無(wú)摩擦力，否則物體不可能勻速運(yùn)動(dòng)。若物體以大于傳送帶的速度沿傳送帶運(yùn)動(dòng)方向滑上傳送帶，則物體將受到傳送帶提供的使它減速的摩擦力作用，直到減速到和傳送帶有相同的速度、相對(duì)傳送帶靜止為止。因此該摩擦力方向一定與物體運(yùn)動(dòng)方向相反。若物體與傳送帶保持相對(duì)靜止一起勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，開始減速，因物體速度越來(lái)越小，故受到傳送帶提供的使它減速的摩擦力作用，方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，傳送帶則受到與傳送帶運(yùn)動(dòng)方向相同的摩擦力作用。若傳送帶是傾斜方向的，情況就更為復(fù)雜了，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)方向上，物體要受重力沿斜面的下滑分力作用，該力和物體運(yùn)動(dòng)的初速度共同決定相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向。（2）突破難點(diǎn)2第2個(gè)難點(diǎn)是對(duì)于物體相對(duì)地面、相對(duì)傳送帶分別做什么樣的運(yùn)動(dòng)，判斷錯(cuò)誤。該難點(diǎn)應(yīng)屬于思維上有難度的知識(shí)點(diǎn)，突破方法是靈活運(yùn)用“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”這個(gè)理論依據(jù)，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)做出正確分析，判斷好物體和傳送帶的加速度、速度關(guān)系，畫好草圖分析，找準(zhǔn)物體和傳送帶的位移及兩者之間的關(guān)系。學(xué)生初次遇到“皮帶傳送”類型的題目，由于皮帶運(yùn)動(dòng)，物體也滑動(dòng)，就有點(diǎn)理不清頭緒了。解決這類題目的方法如下：選取研究對(duì)象，對(duì)所選研究對(duì)象進(jìn)行隔離處理，就是一個(gè)化難為簡(jiǎn)的好辦法。對(duì)輕輕放到運(yùn)動(dòng)的傳送帶上的物體，由于相對(duì)傳送帶向后滑動(dòng)，受到沿傳送帶運(yùn)動(dòng)方向的滑動(dòng)摩擦力作用，決定了物體將在傳送帶所給的滑動(dòng)摩擦力作用下，做勻加速運(yùn)動(dòng)，直到物體達(dá)到與皮帶相同的速度，不再受摩擦力，而隨傳送帶一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)。傳送帶一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)，要想再把兩者結(jié)合起來(lái)看，則需畫一運(yùn)動(dòng)過(guò)程的位移關(guān)系圖就可讓學(xué)生輕松把握。如圖2甲所示，A、B分別是傳送帶上和物體上的一點(diǎn)，剛放上物體時(shí)，兩點(diǎn)重合。設(shè)皮帶的速度為V0，物體做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，末速為V0，其平均速度為V0/2，所以物體的對(duì)地位移x物=，圖2傳送帶對(duì)地位移x傳送帶=V0t，所以A、B兩點(diǎn)分別運(yùn)動(dòng)到如圖2乙所示的A＇、B＇位置，物體相對(duì)傳送帶的位移也就顯而易見了，x物=，就是圖乙中的A＇、B＇間的距離，即傳送帶比物體多運(yùn)動(dòng)的距離，也就是物體在傳送帶上所留下的劃痕的長(zhǎng)度。圖2（3）突破難點(diǎn)3第3個(gè)難點(diǎn)也應(yīng)屬于思維上有難度的知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶傳送初速為零的物體，傳送帶應(yīng)提供兩方面的能量，一是物體動(dòng)能的增加，二是物體與傳送帶間的摩擦所生成的熱（即內(nèi)能），有不少同學(xué)容易漏掉內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，因?yàn)樵撝R(shí)點(diǎn)具有隱蔽性，往往是漏掉了，也不能在計(jì)算過(guò)程中很容易地顯示出來(lái)，尤其是在綜合性題目中更容易疏忽。突破方法是引導(dǎo)學(xué)生分析有滑動(dòng)摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的物理過(guò)程，使“只要有滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程，必有內(nèi)能轉(zhuǎn)化”的知識(shí)點(diǎn)在學(xué)生頭腦中形成深刻印象。一個(gè)物體以一定初速度滑上一粗糙平面，會(huì)慢慢停下來(lái)，物體的動(dòng)能通過(guò)物體克服滑動(dòng)摩擦力做功轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，當(dāng)然這個(gè)物理過(guò)程就是要考查這一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生是絕對(duì)不會(huì)犯錯(cuò)誤的。質(zhì)量為M的長(zhǎng)直平板，停在光滑的水平面上，一質(zhì)量為m的物體，以初速度v0滑上長(zhǎng)板，已知它與板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，此后物體將受到滑動(dòng)摩擦阻力作用而做勻減速運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)板將受到滑動(dòng)摩擦動(dòng)力作用而做勻加速運(yùn)動(dòng)，最終二者將達(dá)到共同速度。其運(yùn)動(dòng)位移的關(guān)系如圖3所示。圖圖3該過(guò)程中，物體所受的滑動(dòng)摩擦阻力和長(zhǎng)板受到滑動(dòng)摩擦動(dòng)力是一對(duì)作用力和反作用力，W物＝—μmg·x物W板＝μmg·x板很顯然x物＞x板，滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做的負(fù)功多，對(duì)長(zhǎng)板做的正功少，那么物體動(dòng)能減少量一定大于長(zhǎng)板動(dòng)能的增加量，二者之差為ΔE=μmg（x物—x板）=μmg·Δx，這就是物體在克服滑動(dòng)摩擦力做功過(guò)程中，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分，也就是說(shuō)“物體在克服滑動(dòng)摩擦力做功過(guò)程中轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)滑動(dòng)路程的乘積。”記住這個(gè)結(jié)論，一旦遇到有滑動(dòng)摩擦力存在的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程就立即想到它。再來(lái)看一下這個(gè)最基本的傳送帶問(wèn)題：圖圖4物體輕輕放在傳送帶上，由于物體的初速度為0，傳送帶以恒定的速度運(yùn)動(dòng)，兩者之間有相對(duì)滑動(dòng)，出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力。作用于物體的摩擦力使物體加速，直到它的速度增大到等于傳送帶的速度，作用于傳送帶的摩擦力有使傳送帶減速的趨勢(shì)，但由于電動(dòng)機(jī)的作用，保持了傳送帶的速度不變。盡管作用于物體跟作用于傳送帶的摩擦力的大小是相等的，但物體與傳送帶運(yùn)動(dòng)的位移是不同的，因?yàn)閮烧咧g有滑動(dòng)。如果物體的速度增大到等于傳送帶的速度經(jīng)歷的時(shí)間為t，則在這段時(shí)間內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的位移小于傳送帶運(yùn)動(dòng)的位移。在這段時(shí)間內(nèi)，傳送帶克服摩擦力做的功大于摩擦力對(duì)物體做的功(這功轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w的動(dòng)能)，兩者之差即為摩擦發(fā)的熱。所謂傳送帶克服摩擦力做功，歸根到底是電動(dòng)機(jī)在維持傳送帶速度不變的過(guò)程中所提供的。例1:如圖6所示，水平傳送帶AB始終保持v的勻速運(yùn)行，一質(zhì)量為m的物體無(wú)初速地放在A處，物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，AB間的距離L,L足夠長(zhǎng)，重力加速度為g。問(wèn)：（1）物體從A到B做什么運(yùn)動(dòng)；（2）當(dāng)物體的速度達(dá)到傳送帶速度v時(shí)，物體的唯一為多大？傳送帶的位移為多大？（3）求行李從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間；（4）什么條件下物體從A到B所用的時(shí)間最短？圖6例2：如圖6所示，傳送帶與地面成夾角θ=37°，以10m/s的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳送帶上端輕輕地放一個(gè)質(zhì)量m=0.5㎏的物體，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，已知傳送帶從A→B的長(zhǎng)度L=10.25m圖6(1)物體從A到B需要的時(shí)間為多少？(2)煤塊從A到B的過(guò)程中傳送帶上形成痕跡的長(zhǎng)度【審題】傳送帶沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與物體接觸處的速度方向斜向下，物體初速度為零，所以物體相對(duì)傳送帶向上滑動(dòng)（相對(duì)地面是斜向下運(yùn)動(dòng)的），因此受到沿斜面向下的滑動(dòng)摩擦力作用，這樣物體在沿斜面方向上所受的合力為重力的下滑分力和向下的滑動(dòng)摩擦力，因此物體要做勻加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物體加速到與傳送帶有相同速度時(shí)，摩擦力情況要發(fā)生變化，同速的瞬間可以看成二者間相對(duì)靜止，無(wú)滑動(dòng)摩擦力，但物體此時(shí)還受到重力的下滑分力作用，因此相對(duì)于傳送帶有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，若重力的下滑分力大于物體和傳送帶之間的最大靜摩擦力，此時(shí)有μ＜tanθ，則物體將向下加速，所受摩擦力為沿斜面向上的滑動(dòng)摩擦力；若重力的下滑分力小于或等于物體和傳送帶之間的最大靜摩擦力，此時(shí)有μ≥tanθ，則物體將和傳送帶相對(duì)靜止一起向下勻速運(yùn)動(dòng)，所受靜摩擦力沿斜面向上，大小等于重力的下滑分力。也可能出現(xiàn)的情況是傳送帶比較短，物體還沒有加速到與傳送帶同速就已經(jīng)滑到了底端，這樣物體全過(guò)程都是受沿斜面向上的滑動(dòng)摩擦力作用。【解析】物體放上傳送帶以后，開始一段時(shí)間，其運(yùn)動(dòng)加速度。這樣的加速度只能維持到物體的速度達(dá)到10m/s＜10.25m以后物體受到的摩擦力變?yōu)檠貍魉蛶蛏?，其加速度大小為（因?yàn)閙gsinθ＞μmgcosθ）。。設(shè)物體完成剩余的位移所用的時(shí)間為，則，5.25m=得：t2=1.5s總用時(shí)t=t1+t2=1.5s?！究偨Y(jié)】該題目的關(guān)鍵就是要分析好各階段物體所受摩擦力的大小和方向，若μ＞0.75，第二階段物體將和傳送帶相對(duì)靜止一起向下勻速運(yùn)動(dòng)；若L＜5m，物體將一直加速運(yùn)動(dòng)。因此，在解答此