对“传送带”问题的再思考

来源 :中学课程辅导·教师通讯 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bosigai
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  纵观近年的高考,不难发现传送带问题是一个常考知识点。如2003年的全国卷、2005年的江苏卷、2006年的全国卷都对该知识点进行了直接考查。况且现行考试大纲降低了对动量、冲量知识点的考查要求,加大了对必修1和必修2中动力学和能量的考查力度,而传送带正好可以把这些问题进行很好的整合加以考查,因此传送带仍将是高考中被关注的热点和重点之一。
  在平时的高考复习中老师在教授此知识点时都把重点放在动力学和能量方面,如:物体在两地之间传递所需要的时间、位移;到达目的地时的速度;在传递过程中消耗的总能量及此过程中产生的热量等。在2006年的高考中直接考查了传送后物体在传送带上留下的痕迹的长度。对物体留下的痕迹的长度问题我觉得在教学中应分以下两个方面让学生搞清楚。
  (1)当物体在传送过程中与传送带之间存在相对运动的过程只有单一的一个过程:如果是物体的速度大于传送带的速度或是物体的速度与传送带的速度方向相反这种情况时,留下的痕迹的长度等于相对位移的大小而且痕迹在物体运动的后方;若是物体的速度小于传送带的速度时,留下的痕迹的长度也等于相对位移的大小但是痕迹在物体运动的前方。
  例如:(2006年全国)一水平的浅色传送带上放置一煤块(可视为质点)。煤块与传送带之间的摩擦因数为μ,传送带与煤块都是静止的,现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其速度达到V0后,便以此速度做匀速运动,经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。
  解析:由题意可知a0>μg,故传送带的速度将比物体的速度大,而后两者的速度相等,属于单过程的情况,因此痕迹的长度等于相对位移的大小。
  
  
  
  (2)当习题所描述的传送过程中的相对运动过程不是(1)中单一过程,存在物体的速度先是大于传送带的后是小于传送带的,或反过来。这种情况下的痕迹就不可以像(1)中那样简单处理,更不可认为是两个阶段的相对位移大小之和。因为在当物体速度大于传送带的速度时痕迹在物体运动的后方,当进入物体速度小于传送带的速度的过程时物体就会在先前形成的痕迹上重新再“画”因此存在痕迹的重叠问题,实际最后留下的痕迹长度应等于两阶段中相对位移较大的一次的值。
  例如:如图所示,浅色长传送带水平部分ab=2m,斜面部分bc=4m,与水平的夹角α=370°。一煤块(可视为质点)A与传送带间的动摩擦因数μ=0.25,传送带沿图示的方向运动,速率恒为V=2m/s。煤块A从a点静止轻放在传送带上,它将被传送到c点,且煤块A不会脱离传送带。煤块A从点被传送到c点时,煤块在传送带上留下一段黑色的痕迹,求此黑色痕迹的长度。(g=10m/s2)
  
  
  
  
  解析:由题意可知,煤块放到传送带上后开始做匀加速直线运动,加速到传送带的速度时发生的位移为S=V2/2μg=0.8m<2m,故煤块在水平部分是先做匀加速后做匀速到b点,到b点的速度为2m/s,在匀加速阶段传送带的速度大于煤块的速度,会留下一段痕迹S1且痕迹在煤块的前方;在倾斜部分时由于:
  mg sinα>μmg cosα
  故煤块要做加速运动,加速度为:
  a=g sinα-μg cosα=4m/s2
  此阶段煤块的速度就大于传送带的速度,又会留下一段痕迹S2,但是此痕迹与S1有重叠的部分。
  
  S1=SΔOAE=0.8m
  S2=SΔBCD=2m
  由于S2>S1,故最终痕迹的长度为2m。
  从以上分析可以看出在解决传送带类问题中的痕迹问题时要分析清楚全过程以后再算。而且在解题时最好画出过程的速度-时间图像,这样使解题过程更加简单明了。
  (作者单位:安徽省砀山县朱小楼中学)
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