傳送帶模型問題教學(xué)中的綜合分析

教學(xué)論文傳送帶模型問題教學(xué)中的綜合分析作者姓名：張娟娟工作單位：西吉縣回民中學(xué)聯(lián)系電話送帶模型問題教學(xué)中的綜合分析摘要：高中物理教學(xué)模型很多，“傳送帶模型”是其中之一，該模型理論與實際生活緊密相聯(lián)，而且模型問題涉及的物理知識面很廣泛：包括力和運動，功能關(guān)系等。對這個模型問題的考察即是高考的熱點，也是一個難點。通過模型問題的解決，可以提升學(xué)生的科學(xué)思維能力以及對知識的靈活應(yīng)用能力。本文結(jié)合實際教學(xué)中所遇到的問題進行一些探討。關(guān)鍵字：傳送帶；問題；分析傳送帶模型問題考題設(shè)計通常包括以下幾方面：第一，物體從傳送帶一端被運送到另一端所用總時間；第二，物體在傳送帶上運動過程中摩擦力做功及做功功率計算；第三，系統(tǒng)由于摩擦力做功而發(fā)生的能量之間的能量的轉(zhuǎn)化。而對這些考題的解決脫離不了對基礎(chǔ)知識的深刻理解和熟練應(yīng)用。下面針對教學(xué)過程中常遇到的困難及解決方法作如下的分析。1傳送帶模型問題解決過程中常見困難以及形成的原因。困難之一是物體與皮帶之間是否存在摩擦力以及摩擦力方向的判斷，尤其是傾斜傳送帶模型問題中更是難上加難。一方面是因為基礎(chǔ)知識掌握不夠扎實，導(dǎo)致上述問題經(jīng)常出現(xiàn)，另一方面是沒能理解物體的實際運動和相對運動，即物體相對于什么參考系做什么運動分析不清楚。難以判斷出物體對什么參考系做什么樣的運動，而這一問題的主要原因是對“力與運動關(guān)系”的理解不透徹，同時對物體與傳送帶間摩擦力突變的條件不明確。在計算摩擦力對物體或傳送帶做功及摩擦力對系統(tǒng)做功；系統(tǒng)熱量增加；各種能量之間的轉(zhuǎn)化問題分析中存在較大困難。其主要原因是對功的概念及計算公式理解不到位，對能量守恒定律和常見的功能關(guān)系理解不透徹，導(dǎo)致其不能靈活應(yīng)用。2困難突破策略2.1困難（1）的突破策略針對摩擦力是否存在這一問題的的突破，就要緊抓摩擦力產(chǎn)生的三個條件：第一，由于摩擦力在性質(zhì)上屬于接觸力，所以要求物體與物體直接接觸且相互擠壓；第二，物體間的接觸面必須粗糙；第三，物體之間要有相互運動的趨勢或要發(fā)生相對運動。要確定摩擦力的方向時，可分情況針對性的判斷。當(dāng)相對運動方向和相對運動趨勢方向非常明顯的情況下利用摩擦力方向與相對運動方向或相對運動趨勢方向相反這一結(jié)論直接給出摩擦力方向，若是相對運動或相對運動趨勢方向不明顯可以用假設(shè)法確定、當(dāng)然也可以由摩擦力產(chǎn)生的具體作用效果來分析它的方向。 例1如圖1所示，將一質(zhì)量m=1kg的物體，輕輕放到高為h=0.2m的光滑軌道的P點開始下滑，滑到水平輸送帶上的A點，物體與傳送帶之間的動態(tài)摩擦系數(shù)為μ=0.2，輸送帶AB之間的距離為L=5m，傳送帶以v=4m/s的速度運動，物體從A移動到B需要多長時間？圖1 解析設(shè)物體運動到A點時速度為V0，由于物體從P到A的軌道是光滑且只有重力做功，圖1根據(jù)機械能守恒有：得： 物體滑上傳送帶后相對于傳送帶的運動方向向左，因此受到傳送帶提供給它的向右的滑動摩擦力。物體在滑動摩擦力的作用下物體向做右勻加速運動，設(shè)其加速度為a,則；加速到和傳送帶速度相等過程中所用用時間；物體加速階段發(fā)生的位移為。因此，物體和傳送帶以恒定的速度向右移動，均勻移動的時間為。也就是說，對象從A運動到B所用時間為。拓展從物體滑上傳送帶開始計時，時摩擦力對物體做功的功率多大？此時皮帶因為克服摩擦力做功的功率為多大？解析物體在傳送帶上做均勻加速運動需要的時間是，因此時物體還在加速，固這一時刻物體速度為；摩擦力對物體做功的功率。而摩擦力對皮帶做功功率為2.2困難（2）的突破策略通過分析物體上的力，結(jié)合牛頓第二定律，確定物體的加速度，進一步分析了物體在力作用下的運動。同時，繪制了輸送帶速度與物體速度的關(guān)系、加速度與皮帶尺寸的關(guān)系以及運動過程的圖像，準確地求出了物體的位移。傳送帶的位移和兩者之間的關(guān)系，是突破第2個困難的關(guān)鍵.圖2 例2在上述例1中物體從A運動B過程中，在傳送帶上留下來一段長度為多少摩擦劃痕？圖2 解析如圖2所示，在物體和傳送帶的圖3接觸面上各取一點M、N，物體剛滑上傳送圖3帶時兩點重合。物體初速度為，勻加速運動末速度為，經(jīng)過時間M、N兩點運動到如圖3所示的位置，物體對地的位移，傳送帶對地的位移，物體在傳送帶上留下來的痕跡是長度是物體和傳送帶在物體加速階段相對于地面所走位移的大小之差，即。也就是說，傳送帶上物體留下的摩擦劃痕長度為1米。2.3困難（3）的突破策略模型中涉及功能關(guān)系通常有摩擦力做功與系統(tǒng)內(nèi)能增量的關(guān)系，電動機做功與系統(tǒng)機械能及內(nèi)能之間的關(guān)系。解決類問題首先要明確物體和傳送帶在摩擦力方向的位移及摩擦力對物體和傳送帶做功的正負情況，其次要知道系統(tǒng)內(nèi)能的增加量與系統(tǒng)摩擦力做功多少的等量關(guān)系，同時要明確各種能量之間的轉(zhuǎn)化情況，堅持動能和能量守恒定律。 例3上述例1中，物體由A被傳送到B的過程中克服摩擦力做的功是多少？摩擦力對傳送帶做了多少功？系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生了多少的熱量？由于物體的轉(zhuǎn)移，電機消耗多少的電能？ 解析結(jié)合例1和例2的分析可知： 物體與傳送帶間的摩擦力大小為 摩擦力對物體做功 摩擦力對傳送帶做功 系統(tǒng)增加的熱量 根據(jù)能量守恒定律可知，傳遞物體運動所消耗的能量，一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，同時還有一部分轉(zhuǎn)化為物體的動能，因此電動機做功拓展把這個物塊從A端傳送到B端的過程中，摩擦力對物塊做功的平均功率是多大？解析綜合前面例題分析可知，物體從A被傳送到B過程中所用總時間，摩擦力對其所做總功為，因此摩擦力對物體做功的平均功率補充例題如圖4所示，一工廠利用傳送帶將貨物從地面運往高處，貨物被無初速度地放在傳送帶底端，先后經(jīng)歷勻加速和勻速兩個階段的運動，最后被運到傳送帶頂端。試分析（1）貨物在兩個階段運動過程中所受摩擦力的方向及做功情況；（2）加速階段物體和傳送帶間摩擦生熱的多少與物體機械能的增加量的大小關(guān)系；（3）物體從底到頂?shù)娜^程機械能的增加量與全過程摩擦力對物體所做的功多少的關(guān)系？圖4分析物體剛放到傳送帶底端時無速度，即傳圖4送帶相對于物體向上運轉(zhuǎn)，因此物體受到沿皮帶向上的滑動摩擦力；當(dāng)物帶同速后物體勻速運動，可知摩擦力與其重力沿斜面向下的分力平衡，此摩擦力為靜摩擦力。固全過程物體所受摩擦力都沿皮帶向上對物體做正功。加速階段由外力做功與系統(tǒng)機械能變化的功能關(guān)系可知，機械能的增加量等于摩擦力對物體做的功。設(shè)加速階段物體所受摩擦力為f,加速運動的時間為t，傳送帶速度為v，對物體來說：，對傳送帶來說：；摩擦生熱為；機械能增加量總結(jié)實際傳送帶模型問題的解決，物體受力情況和運動情況的正確分析是關(guān)鍵，必須明確什么時候物體所受