2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動 微型專題 滑塊—木板模型和傳送帶模型學(xué)案 粵教版必修1.doc

《2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動 微型專題 滑塊—木板模型和傳送帶模型學(xué)案 粵教版必修1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動 微型專題 滑塊—木板模型和傳送帶模型學(xué)案 粵教版必修1.doc（12頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

微型專題滑塊木板模型和傳送帶模型學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能正確運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律處理滑塊木板模型.2.會對傳送帶上的物體進(jìn)行受力分析，能正確解答傳送帶上的物體的運(yùn)動問題.一、滑塊木板模型1.模型概述：一個(gè)物體在另一個(gè)物體上發(fā)生相對滑動，兩者之間有相對運(yùn)動.問題涉及兩個(gè)物體、多個(gè)過程，兩物體的運(yùn)動時(shí)間、速度、位移間有一定的關(guān)系.2.常見的兩種位移關(guān)系滑塊從木板的一端運(yùn)動到另一端的過程中，若滑塊和木板向同一方向運(yùn)動，則滑塊的位移和木板的位移之差等于木板的長度；若滑塊和木板向相反方向運(yùn)動，則滑塊的位移和木板的位移之和等于木板的長度.3.解題方法分別隔離兩物體，準(zhǔn)確求出各物體在各個(gè)運(yùn)動過程中的加速度(注意兩過程的連接處加速度可能突變)，找出物體之間的位移(路程)關(guān)系或速度關(guān)系是解題的突破口.求解中應(yīng)注意聯(lián)系兩個(gè)過程的紐帶，每一個(gè)過程的末速度是下一個(gè)過程的初速度.例1如圖1所示，厚度不計(jì)的薄板A長l5 m，質(zhì)量M5 kg，放在水平地面上.在A上距右端s3 m處放一物體B(大小不計(jì))，其質(zhì)量m2 kg，已知A、B間的動摩擦因數(shù) 10.1，A與地面間的動摩擦因數(shù)20.2，原來系統(tǒng)靜止.現(xiàn)在板的右端施加一大小恒定的水平力F26 N，持續(xù)作用在A上，將A從B下抽出.g10 m/s2，求：圖1(1)A從B下抽出前A、B的加速度各是多大；(2)B運(yùn)動多長時(shí)間離開A.答案(1)2 m/s21 m/s2(2)2 s解析(1)對于B，由牛頓第二定律得：1mgmaB解得aB1 m/s2對于A，由牛頓第二定律得：F1mg2(mM)gMaA解得aA2 m/s2(2)設(shè)經(jīng)時(shí)間t抽出，則sAaAt2sBaBt2ssAsBls解得t2 s.【考點(diǎn)】滑塊木板模型問題【題點(diǎn)】滑塊木板模型的動力學(xué)問題求解“滑塊木板”類問題的方法技巧1.搞清各物體初態(tài)對地的運(yùn)動和相對運(yùn)動(或相對運(yùn)動趨勢)，根據(jù)相對運(yùn)動(或相對運(yùn)動趨勢)情況，確定物體間的摩擦力方向.2.正確地對各物體進(jìn)行受力分析，并根據(jù)牛頓第二定律確定各物體的加速度，結(jié)合加速度和速度的方向關(guān)系確定物體的運(yùn)動情況.針對訓(xùn)練1如圖2所示，質(zhì)量為M1 kg的長木板靜止在光滑水平面上，現(xiàn)有一質(zhì)量為m0.5 kg的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以v03 m/s的初速度從左端沿木板上表面沖上木板，帶動木板向前滑動.已知滑塊與木板上表面間的動摩擦因數(shù)0.1，重力加速度g取10 m/s2，木板足夠長.求：圖2(1)滑塊在木板上滑動過程中，長木板受到的摩擦力大小和方向；(2)滑塊在木板上滑動過程中，滑塊相對于水平面的加速度a的大??；(3)滑塊與木板達(dá)到的共同速度v的大小.答案(1)0.5 N向右(2)1 m/s2(3)1 m/s解析(1)滑塊所受摩擦力為滑動摩擦力F1mg0.5 N，方向向左根據(jù)牛頓第三定律，滑塊對木板的摩擦力方向向右，大小為0.5 N.(2)根據(jù)牛頓第二定律得：mgma得ag1 m/s2(3)木板的加速度ag0.5 m/s2設(shè)經(jīng)過時(shí)間t，滑塊和長木板達(dá)到共同速度v，則滿足：對滑塊：vv0at對長木板：vat由以上兩式得：滑塊和長木板達(dá)到的共同速度v1 m/s.【考點(diǎn)】滑塊木板模型問題【題點(diǎn)】滑塊木板模型的動力學(xué)問題二、傳送帶類問題1.特點(diǎn)：傳送帶運(yùn)輸是利用貨物和傳送帶之間的摩擦力將貨物運(yùn)送到別的地方去.它涉及摩擦力的判斷、運(yùn)動狀態(tài)的分析和運(yùn)動學(xué)知識的運(yùn)用.2.解題思路：(1)判斷摩擦力突變點(diǎn)(含大小和方向)，給運(yùn)動分段；(2)物體運(yùn)動速度與傳送帶運(yùn)行速度相同，是解題的突破口；(3)考慮物體與傳送帶共速之前是否滑出.例2如圖3所示，水平傳送帶正在以v4 m/s的速度勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動，質(zhì)量為m1 kg的某物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)0.1，將該物塊從傳送帶左端無初速度地輕放在傳送帶上(g取10 m/s2).圖3(1)如果傳送帶長度L4.5 m，求經(jīng)過多長時(shí)間物塊將到達(dá)傳送帶的右端；(2)如果傳送帶長度L20 m，求經(jīng)過多長時(shí)間物塊將到達(dá)傳送帶的右端.答案(1)3 s(2)7 s解析物塊放到傳送帶上后，在滑動摩擦力的作用下先向右做勻加速運(yùn)動.由mgma得ag，若傳送帶足夠長，勻加速運(yùn)動到與傳送帶同速后再與傳送帶一同向右做勻速運(yùn)動.物塊勻加速運(yùn)動的時(shí)間t14 s物塊勻加速運(yùn)動的位移s1at12gt128 m(1)因?yàn)?.5 m8 m，所以物塊速度達(dá)到傳送帶的速度后，摩擦力變?yōu)?，此后物塊與傳送帶一起做勻速運(yùn)動，物塊勻速運(yùn)動的時(shí)間t2 s3 s故物塊到達(dá)傳送帶右端的時(shí)間tt1t27 s.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題分析水平傳送帶問題的注意事項(xiàng)當(dāng)傳送帶水平運(yùn)動時(shí)，應(yīng)特別注意摩擦力的突變和物體運(yùn)動狀態(tài)的變化.摩擦力的突變，常常導(dǎo)致物體的受力情況和運(yùn)動性質(zhì)的突變.靜摩擦力達(dá)到最大值，是物體和傳送帶恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)；滑動摩擦力存在于發(fā)生相對運(yùn)動的物體之間，因此兩物體的速度達(dá)到相同時(shí)，滑動摩擦力要發(fā)生突變(滑動摩擦力為0或變?yōu)殪o摩擦力).針對訓(xùn)練2(多選)如圖4甲為應(yīng)用于機(jī)場和火車站的安全檢查儀，用于對旅客的行李進(jìn)行安全檢查.其傳送裝置可簡化為如圖乙模型，緊繃的傳送帶始終保持v1 m/s的恒定速率運(yùn)行.旅客把行李(可視為質(zhì)點(diǎn))無初速度地放在A處，設(shè)行李與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)0.1，A、B間的距離為2 m，g取10 m/s2.若乘客把行李放到傳送帶的同時(shí)也以v1 m/s的恒定速率平行于傳送帶運(yùn)動到B處取行李，則()圖4A.乘客與行李同時(shí)到達(dá)B處B.乘客提前0.5 s到達(dá)B處C.行李提前0.5 s到達(dá)B處D.若傳送帶速度足夠大，行李最快也要2 s才能到達(dá)B處答案BD解析行李放在傳送帶上，傳送帶對行李的滑動摩擦力使行李開始做勻加速直線運(yùn)動，隨后行李又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運(yùn)動.加速度為ag1 m/s2，歷時(shí)t11 s達(dá)到共同速度，位移s1t10.5 m，此后行李勻速運(yùn)動t21.5 s，到達(dá)B共用2.5 s.乘客到達(dá)B，歷時(shí)t2 s，故B正確.若傳送帶速度足夠大，行李一直加速運(yùn)動，最短運(yùn)動時(shí)間tmin s2 s，D正確.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題例3如圖5所示，傳送帶與水平地面的夾角為37，AB的長度為64 m，傳送帶以20 m/s的速度沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，在傳送帶上端A點(diǎn)無初速度地放上一個(gè)質(zhì)量為8 kg的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0.5，求物體從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用的時(shí)間.(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)圖5答案4 s解析開始時(shí)物體下滑的加速度：a1g(sin 37cos 37)10 m/s2，運(yùn)動到與傳送帶共速的時(shí)間為：t1 s2 s，下滑的距離：s1a1t1220 m；由于tan 370.750.5，故物體2 s后繼續(xù)加速下滑，且此時(shí)：a2g(sin 37cos 37)2 m/s2，根據(jù)s2vt2a2t22，解得：t22 s，故共用時(shí)間t4 s.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】傾斜傳送帶問題物體沿著傾斜的傳送帶向下加速運(yùn)動到與傳送帶速度相等時(shí)，若tan ，物體隨傳送帶一起勻速運(yùn)動；若F，所以A、B發(fā)生相對滑動.由分析知A向右加速，加速度為a1，則Fm1gm1a1，a13 m/s2；B也向右加速，加速度為a2，則m1gm2a2，a21 m/s2.A從B的左端運(yùn)動到右端，則有sAsBL，即a1t2a2t2L，代入數(shù)據(jù)，解得t0.8 s，故A正確.【考點(diǎn)】滑塊木板模型問題【題點(diǎn)】滑塊木板模型的動力學(xué)問題考點(diǎn)二傳送帶問題4.(多選)水平的皮帶傳輸裝置如圖4所示，皮帶的速度保持不變，物體被輕輕地放在A端皮帶上，開始時(shí)物體在皮帶上滑動，當(dāng)它到達(dá)位置C后滑動停止，隨后就隨皮帶一起勻速運(yùn)動，直至傳送到目的地B端，在傳輸過程中，該物體受摩擦力的情況是()圖4A.在AC段受水平向左的滑動摩擦力B.在AC段受水平向右的滑動摩擦力C.在CB段不受靜摩擦力D.在CB段受水平向右的靜摩擦力答案BC解析在AC段物體相對皮帶向左滑動，受水平向右的滑動摩擦力；在CB段物體相對皮帶沒有滑動，物體隨皮帶一起勻速運(yùn)動，受到的是平衡力，如果有靜摩擦力，則物體不可能處于平衡狀態(tài)，所以不受靜摩擦力.故B、C兩項(xiàng)正確.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題5.(多選)如圖5所示，一足夠長的水平傳送帶以恒定的速度向右傳動.將一物體輕輕放在傳送帶的左端，以v、a、s、F表示物體速度大小、加速度大小、位移大小和所受摩擦力的大小.下列選項(xiàng)正確的是()圖5答案AB解析物體在傳送帶上先做勻加速運(yùn)動，當(dāng)達(dá)到共同速度后再做勻速運(yùn)動，A、B正確.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題6.(多選)如圖6所示，水平傳送帶A、B兩端點(diǎn)相距s3.5 m，以v02 m/s的速度(始終保持不變)順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，今將一小煤塊(可視為質(zhì)點(diǎn))無初速度地輕放在A端，已知小煤塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.4.由于小煤塊與傳送帶之間有相對滑動，會在傳送帶上留下劃痕，小煤塊從A運(yùn)動到B的過程中(g取10 m/s2)()圖6A.所用的時(shí)間是2 s B.所用的時(shí)間是2.25 sC.劃痕長度是3 m D.劃痕長度是0.5 m答案AD解析根據(jù)牛頓第二定律，小煤塊的加速度ag4 m/s2，則勻加速運(yùn)動的時(shí)間t1 s0.5 s，勻加速運(yùn)動的位移s1at124(0.5)2 m0.5 m，則小煤塊勻速運(yùn)動的位移s2ss13.5 m0.5 m3 m，則勻速運(yùn)動的時(shí)間t2 s1.5 s，所以小煤塊從A運(yùn)動到B的時(shí)間tt1t22 s，故A正確，B錯誤；在小煤塊勻加速運(yùn)動的過程中，傳送帶的位移s3v0t120.5 m1 m，則劃痕的長度ss3s10.5 m，故C錯誤，D正確.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題二、非選擇題7.(傳送帶問題)如圖7所示為一水平傳送帶裝置示意圖，繃緊的傳送帶AB始終保持v1 m/s 的恒定速率運(yùn)行，一質(zhì)量為m4 kg的行李(可視為質(zhì)點(diǎn))無初速度地放在A處，傳送帶對行李的滑動摩擦力使行李開始做勻加速直線運(yùn)動，隨后行李又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運(yùn)動.設(shè)行李與傳送帶間的動摩擦因數(shù)0.1，A、B間的距離 l2 m，g取10 m/s2.求：圖7(1)行李剛開始運(yùn)動時(shí)所受的滑動摩擦力大小與加速度大??；(2)行李做勻加速直線運(yùn)動的時(shí)間；(3)如果提高傳送帶的運(yùn)行速率，行李就能被較快地傳送到B處.求行李從A處傳送到B處的最短時(shí)間和傳送帶對應(yīng)的最小運(yùn)行速率.答案(1)4 N1 m/s2(2)1 s(3)2 s2 m/s解析(1)行李剛開始運(yùn)動時(shí)所受的滑動摩擦力Fmg將題給數(shù)據(jù)代入，得F4 N由牛頓第二定律，得Fma代入數(shù)值，得a1 m/s2(2)設(shè)行李做勻加速直線運(yùn)動的時(shí)間為t，行李加速運(yùn)動的末速度為v1 m/s，則vat代入數(shù)據(jù)，得t1 s.(3)行李從A處勻加速運(yùn)動到B處時(shí)，傳送時(shí)間最短，則lat，代入數(shù)據(jù)得tmin2 s.傳送帶對應(yīng)的最小運(yùn)行速率vminatmin，代入數(shù)據(jù)得vmin2 m/s.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】水平傳送帶問題 8.(滑塊木板模型)如圖8所示，有一塊木板靜止在光滑水平面上，質(zhì)量M4 kg，長L1.4 m.木板右端放著一個(gè)小滑塊，小滑塊質(zhì)量m1 kg，其尺寸遠(yuǎn)小于L，小滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.4.最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等.(取g10 m/s2)圖8(1)現(xiàn)將一水平恒力F作用在木板上，為使小滑塊能從木板上面滑落下來，則F的大小范圍是多少？(2)其他條件不變，若恒力F22.8 N，且始終作用在木板上，最終使得小滑塊能從木板上滑落下來，則小滑塊在木板上面滑動的時(shí)間是多少？答案(1)F20 N(2)2 s解析(1)要使小滑塊能從木板上滑下，則小滑塊與木板之間應(yīng)發(fā)生相對滑動，此時(shí)，對小滑塊分析得出mgma1，解得a14 m/s2.對木板分析得出FmgMa2，加速度a1、a2均向右，若小滑塊能從木板上滑下，則需要滿足a2a1，解得F20 N.(2)當(dāng)F22.8 N時(shí)，由(1)知小滑塊和木板發(fā)生相對滑動，對木板有FmgMa3，則a34.7 m/s2.設(shè)經(jīng)時(shí)間t，小滑塊從木板上滑落，則a3t2a1t2L，解得t2 s(舍去)或t2 s.【考點(diǎn)】滑塊木板模型問題【題點(diǎn)】滑塊木板模型的動力學(xué)問題9.(傳送帶問題)如圖9甲所示，傾角為的足夠長的傳送帶以恒定的速率v0沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動.t0時(shí)將質(zhì)量m1 kg的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))輕放在傳送帶上，物塊相對地面的vt圖象如圖乙所示.設(shè)沿傳送帶向下為正方向，取重力加速度g10 m/s2.求：圖9(1)傳送帶的速度大小；(2)傳送帶的傾角及物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù).答案(1)10 m/s(3)370.5解析(1)物塊先做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，速度達(dá)到傳送帶速度后，由于重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，物塊繼續(xù)向下做勻加速運(yùn)動.從圖象可知傳送帶的速度為10 m/s.(2)開始時(shí)物塊受到的摩擦力方向沿傳送帶向下a1 m/s210 m/s2mgsin mgcos ma1速度相等后摩擦力的方向沿斜面向上.a2 m/s22 m/s2mgsin mgcos ma2聯(lián)立得：0.5，37.【考點(diǎn)】傳送帶問題【題點(diǎn)】傾斜傳送帶問題