傳送帶模型問(wèn)題教學(xué)中的綜合分析

教學(xué)論文傳送帶模型問(wèn)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(wèn)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(shí)際生活緊密相聯(lián)，而且模型問(wèn)題涉及的物理知識(shí)面很廣泛：包括力和運(yùn)動(dòng)，功能關(guān)系等。對(duì)這個(gè)模型問(wèn)題的考察即是高考的熱點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)模型問(wèn)題的解決，可以提升學(xué)生的科學(xué)思維能力以及對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用能力。本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行一些探討。關(guān)鍵字：傳送帶；問(wèn)題；分析傳送帶模型問(wèn)題考題設(shè)計(jì)通常包括以下幾方面：第一，物體從傳送帶一端被運(yùn)送到另一端所用總時(shí)間；第二，物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力做功及做功功率計(jì)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(duì)這些考題的解決脫離不了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的深刻理解和熟練應(yīng)用。下面針對(duì)教學(xué)過(guò)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(wèn)題解決過(guò)程中常見(jiàn)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(wèn)題中更是難上加難。一方面是因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)掌握不夠扎實(shí)，導(dǎo)致上述問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，另一方面是沒(méi)能理解物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即物體相對(duì)于什么參考系做什么運(yùn)動(dòng)分析不清楚。難以判斷出物體對(duì)什么參考系做什么樣的運(yùn)動(dòng)，而這一問(wèn)題的主要原因是對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的理解不透徹，同時(shí)對(duì)物體與傳送帶間摩擦力突變的條件不明確。在計(jì)算摩擦力對(duì)物體或傳送帶做功及摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功；系統(tǒng)熱量增加；各種能量之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題分析中存在較大困難。其主要原因是對(duì)功的概念及計(jì)算公式理解不到位，對(duì)能量守恒定律和常見(jiàn)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(duì)摩擦力是否存在這一問(wèn)題的的突破，就要緊抓摩擦力產(chǎn)生的三個(gè)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(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)或要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。要確定摩擦力的方向時(shí)，可分情況針對(duì)性的判斷。當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向非常明顯的情況下利用摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反這一結(jié)論直接給出摩擦力方向，若是相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)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(lái)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(diǎn)開(kāi)始下滑，滑到水平輸送帶上的A點(diǎn)，物體與傳送帶之間的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)為μ=0.2，輸送帶AB之間的距離為L(zhǎng)=5m，傳送帶以v=4m/s的速度運(yùn)動(dòng)，物體從A移動(dòng)到B需要多長(zhǎng)時(shí)間？圖1 解析設(shè)物體運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)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(jī)械能守恒有：得： 物體滑上傳送帶后相對(duì)于傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向向左，因此受到傳送帶提供給它的向右的滑動(dòng)摩擦力。物體在滑動(dòng)摩擦力的作用下物體向做右勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a,則；加速到和傳送帶速度相等過(guò)程中所用用時(shí)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(dòng)，均勻移動(dòng)的時(shí)間為。也就是說(shuō)，對(duì)象從A運(yùn)動(dòng)到B所用時(shí)間為。拓展從物體滑上傳送帶開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)摩擦力對(duì)物體做功的功率多大？此時(shí)皮帶因?yàn)榭朔Σ亮ψ龉Φ墓β蕿槎啻?？解析物體在傳送帶上做均勻加速運(yùn)動(dòng)需要的時(shí)間是，因此時(shí)物體還在加速，固這一時(shí)刻物體速度為；摩擦力對(duì)物體做功的功率。而摩擦力對(duì)皮帶做功功率為2.2困難（2）的突破策略通過(guò)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(jìn)一步分析了物體在力作用下的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，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(yùn)動(dòng)過(guò)程的圖像，準(zhǔn)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(gè)困難的關(guān)鍵.圖2 例2在上述例1中物體從A運(yùn)動(dòng)B過(guò)程中，在傳送帶上留下來(lái)一段長(zhǎng)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(diǎn)M、N，物體剛滑上傳送圖3帶時(shí)兩點(diǎn)重合。物體初速度為，勻加速運(yùn)動(dòng)末速度為，經(jīng)過(guò)時(shí)間M、N兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到如圖3所示的位置，物體對(duì)地的位移，傳送帶對(duì)地的位移，物體在傳送帶上留下來(lái)的痕跡是長(zhǎng)度是物體和傳送帶在物體加速階段相對(duì)于地面所走位移的大小之差，即。也就是說(shuō)，傳送帶上物體留下的摩擦劃痕長(zhǎng)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(dòng)機(jī)做功與系統(tǒng)機(jī)械能及內(nèi)能之間的關(guān)系。解決類問(wèn)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(duì)物體和傳送帶做功的正負(fù)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(shí)要明確各種能量之間的轉(zhuǎn)化情況，堅(jiān)持動(dòng)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(guò)程中克服摩擦力做的功是多少？摩擦力對(duì)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(jī)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(duì)物體做功 摩擦力對(duì)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(yùn)動(dòng)所消耗的能量，一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，同時(shí)還有一部分轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，因此電動(dòng)機(jī)做功拓展把這個(gè)物塊從A端傳送到B端的過(guò)程中，摩擦力對(duì)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(guò)程中所用總時(shí)間，摩擦力對(duì)其所做總功為，因此摩擦力對(duì)物體做功的平均功率補(bǔ)充例題如圖4所示，一工廠利用傳送帶將貨物從地面運(yùn)往高處，貨物被無(wú)初速度地放在傳送帶底端，先后經(jīng)歷勻加速和勻速兩個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)，最后被運(yùn)到傳送帶頂端。試分析（1）貨物在兩個(gè)階段運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jī)械能的增加量的大小關(guān)系；（3）物體從底到頂?shù)娜^(guò)程機(jī)械能的增加量與全過(guò)程摩擦力對(duì)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(shí)無(wú)速度，即傳圖4送帶相對(duì)于物體向上運(yùn)轉(zhuǎn)，因此物體受到沿皮帶向上的滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)物帶同速后物體勻速運(yùn)動(dòng)，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(guò)程物體所受摩擦力都沿皮帶向上對(duì)物體做正功。加速階段由外力做功與系統(tǒng)機(jī)械能變化的功能關(guān)系可知，機(jī)械能的增加量等于摩擦力對(duì)物體做的功。設(shè)加速階段物體所受摩擦力為f,加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，傳送帶速度為v，對(duì)物體來(lái)說(shuō)：，對(duì)傳送帶來(lái)說(shuō)：；摩擦生熱為；機(jī)械能增加量總結(jié)實(shí)際傳送帶模型問(wèn)題的解決，物體受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的正確分析是關(guān)鍵，必須明確什么時(shí)候物體所受