傳送帶模型教學設計

專題：傳送帶模型教學目標?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算4、掌握相對位移的求法?5、進一步認識理解力和運動之間的關系重難點分析：?1、對于物體與傳送帶之間是否存在摩擦力、是滑動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動情況；3、對位移和相對位移理解不透徹。?教學過程知識回顧：?1、摩擦力的有無判斷：有壓力且粗糙還有相對運動或相對運動趨勢；2、摩擦力方向的判斷?與它自身運動方向相反；若它運動速度小，則所受摩擦力與其自身運動方向相同。（1）物塊和傳送帶同方向運動時，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動，則物塊所受摩擦力一定于它自身的運動方向相反。新課教學：一、傳送帶問題分類按放置分:水平、傾斜二、難點形成的原因：1、對于物體與傳送帶之間是否存在摩擦力、是滑動摩擦力還是靜摩擦力、摩擦力的方向如何，等等，這些關于摩擦力的產(chǎn)生條件、方向的判斷等基礎知識模糊不清；2、對于物體相對地面、相對傳送帶分別做什么樣的運動，判斷錯誤；3、對于物體在傳送帶上運動過程中的能量轉化情況考慮不全面，出現(xiàn)能量轉化不守恒的錯誤過程。三、難點突破策略：（1）突破難點1在以上三個難點中，第1個難點應屬于易錯點，突破方法是先讓學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。通過對不同類型題目的分析練習，讓學生做到準確靈活地分析摩擦力的有無、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，物體間有相對運動趨勢或相對運動。前兩個產(chǎn)生條件對于學生來說沒有困難，第三個條件就比較容易出問題了。若物體是輕輕地放在了勻速運動的傳送帶上，那么物體一定要和傳送帶之間產(chǎn)生相對滑動，物體和傳送帶一定同時受到方向相反的滑動摩擦力。關于物體所受滑動摩擦力的方向判斷有兩種方法：一是根據(jù)滑動摩擦力一定要阻礙物體間的相對運動或相對運動趨勢，先判斷物體相對傳送帶的運動方向，可用假設法，若無摩擦，物體將停在原處，則顯然物體相對傳送帶有向后運動的趨勢，因此物體要受到沿傳送帶前進方向的摩擦力，由牛頓第三定律，傳送帶要受到向后的阻礙它運動的滑動摩擦力；二是根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的作用效果來分析它的方向，物體只所以能由靜止開始向前運動，則一定受到向前的動力作用，這個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方向的摩擦力，傳送帶必須要由電動機帶動才能持續(xù)而穩(wěn)定地工作，電動機給傳送帶提供動力作用，那么物體給傳送帶的就是阻力作用，與傳送帶的運動方向相反。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摩擦因數(shù)較大，加速度相對較小，物體和傳送帶保持相對靜止，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果，因此物體一定受沿傳送帶前進方向的摩擦力；若物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)較小，加速度相對較大，物體和傳送帶不能保持相對靜止，物體將跟不上傳送帶的運動，但它相對地面仍然是向前加速運動的，它們之間存在著滑動摩擦力，同樣物體的加速就是該摩擦力的結果，因此物體一定受沿傳送帶前進方向的摩擦力。若物體與傳送帶保持相對靜止一起勻速運動，則它們之間無摩擦力，否則物體不可能勻速運動。若物體以大于傳送帶的速度沿傳送帶運動方向滑上傳送帶，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、相對傳送帶靜止為止。因此該摩擦力方向一定與物體運動方向相反。若物體與傳送帶保持相對靜止一起勻速運動一段時間后，開始減速，因物體速度越來越小，故受到傳送帶提供的使它減速的摩擦力作用，方向與物體的運動方向相反，傳送帶則受到與傳送帶運動方向相同的摩擦力作用。若傳送帶是傾斜方向的，情況就更為復雜了，因為在運動方向上，物體要受重力沿斜面的下滑分力作用，該力和物體運動的初速度共同決定相對運動或相對運動趨勢方向。（2）突破難點2第2個難點是對于物體相對地面、相對傳送帶分別做什么樣的運動，判斷錯誤。該難點應屬于思維上有難度的知識點，突破方法是靈活運用“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”這個理論依據(jù)，對物體的運動性質做出正確分析，判斷好物體和傳送帶的加速度、速度關系，畫好草圖分析，找準物體和傳送帶的位移及兩者之間的關系。學生初次遇到“皮帶傳送”類型的題目，由于皮帶運動，物體也滑動，就有點理不清頭緒了。解決這類題目的方法如下：選取研究對象，對所選研究對象進行隔離處理，就是一個化難為簡的好辦法。對輕輕放到運動的傳送帶上的物體，由于相對傳送帶向后滑動，受到沿傳送帶運動方向的滑動摩擦力作用，決定了物體將在傳送帶所給的滑動摩擦力作用下，做勻加速運動，直到物體達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動。傳送帶一直做勻速直線運動，要想再把兩者結合起來看，則需畫一運動過程的位移關系圖就可讓學生輕松把握。如圖2甲所示，A、B分別是傳送帶上和物體上的一點，剛放上物體時，兩點重合。設皮帶的速度為V0，物體做初速為零的勻加速直線運動，末速為V0，其平均速度為V0/2，所以物體的對地位移x物=，圖2傳送帶對地位移x傳送帶=V0t，所以A、B兩點分別運動到如圖2乙所示的A＇、B＇位置，物體相對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動的距離，也就是物體在傳送帶上所留下的劃痕的長度。圖2（3）突破難點3第3個難點也應屬于思維上有難度的知識點。對于勻速運動的傳送帶傳送初速為零的物體，傳送帶應提供兩方面的能量，一是物體動能的增加，二是物體與傳送帶間的摩擦所生成的熱（即內(nèi)能），有不少同學容易漏掉內(nèi)能的轉化，因為該知識點具有隱蔽性，往往是漏掉了，也不能在計算過程中很容易地顯示出來，尤其是在綜合性題目中更容易疏忽。突破方法是引導學生分析有滑動摩擦力做功轉化為內(nèi)能的物理過程，使“只要有滑動摩擦力做功的過程，必有內(nèi)能轉化”的知識點在學生頭腦中形成深刻印象。一個物體以一定初速度滑上一粗糙平面，會慢慢停下來，物體的動能通過物體克服滑動摩擦力做功轉化成了內(nèi)能，當然這個物理過程就是要考查這一個知識點，學生是絕對不會犯錯誤的。質量為M的長直平板，停在光滑的水平面上，一質量為m的物體，以初速度v0滑上長板，已知它與板間的動摩擦因數(shù)為μ，此后物體將受到滑動摩擦阻力作用而做勻減速運動，長板將受到滑動摩擦動力作用而做勻加速運動，最終二者將達到共同速度。其運動位移的關系如圖3所示。圖圖3該過程中，物體所受的滑動摩擦阻力和長板受到滑動摩擦動力是一對作用力和反作用力，W物＝—μmg·x物W板＝μmg·x板很顯然x物＞x板，滑動摩擦力對物體做的負功多，對長板做的正功少，那么物體動能減少量一定大于長板動能的增加量，二者之差為ΔE=μmg（x物—x板）=μmg·Δx，這就是物體在克服滑動摩擦力做功過程中，轉化為內(nèi)能的部分，也就是說“物體在克服滑動摩擦力做功過程中轉化成的內(nèi)能等于滑動摩擦力與相對滑動路程的乘積。”記住這個結論，一旦遇到有滑動摩擦力存在的能量轉化過程就立即想到它。再來看一下這個最基本的傳送帶問題：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動，兩者之間有相對滑動，出現(xiàn)滑動摩擦力。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，但由于電動機的作用，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，但物體與傳送帶運動的位移是不同的，因為兩者之間有滑動。如果物體的速度增大到等于傳送帶的速度經(jīng)歷的時間為t，則在這段時間內(nèi)物體運動的位移小于傳送帶運動的位移。在這段時間內(nèi)，傳送帶克服摩擦力做的功大于摩擦力對物體做的功(這功轉變?yōu)槲矬w的動能)，兩者之差即為摩擦發(fā)的熱。所謂傳送帶克服摩擦力做功，歸根到底是電動機在維持傳送帶速度不變的過程中所提供的。例1:如圖6所示，水平傳送帶AB始終保持v的勻速運行，一質量為m的物體無初速地放在A處，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ，AB間的距離L,L足夠長，重力加速度為g。問：（1）物體從A到B做什么運動；（2）當物體的速度達到傳送帶速度v時，物體的唯一為多大？傳送帶的位移為多大？（3）求行李從A運動到B的時間；（4）什么條件下物體從A到B所用的時間最短？圖6例2：如圖6所示，傳送帶與地面成夾角θ=37°，以10m/s的速度逆時針轉動，在傳送帶上端輕輕地放一個質量m=0.5㎏的物體，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.5，已知傳送帶從A→B的長度L=10.25m圖6(1)物體從A到B需要的時間為多少？(2)煤塊從A到B的過程中傳送帶上形成痕跡的長度【審題】傳送帶沿逆時針轉動，與物體接觸處的速度方向斜向下，物體初速度為零，所以物體相對傳送帶向上滑動（相對地面是斜向下運動的），因此受到沿斜面向下的滑動摩擦力作用，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摩擦力，因此物體要做勻加速運動。當物體加速到與傳送帶有相同速度時，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靜止，無滑動摩擦力，但物體此時還受到重力的下滑分力作用，因此相對于傳送帶有向下的運動趨勢，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，此時有μ≥tanθ，則物體將和傳送帶相對靜止一起向下勻速運動，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，這樣物體全過程都是受沿斜面向上的滑動摩擦力作用?！窘馕觥课矬w放上傳送帶以后，開始一段時間，其運動加速度。這樣的加速度只能維持到物體的速度達到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（因為mgsinθ＞μmgcosθ）。。設物體完成剩余的位移所用的時間為，則，5.25m=得：t2=1.5s總用時t=t1+t2=1.5s?！究偨Y】該題目的關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靜止一起向下勻速運動；若L＜5m，物體將一直加速運動。因此，在解答此