判断传送带模型中摩擦力的思维导图探究和实践

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  [摘 要]在我们高中物理学习当中,传送带是一个较为复杂的模型,是对水平、倾斜传送带上物体运动多样性的表现,在面对该问题时,做好其受力分析十分重要。在本文中,将就判断传送带模型中摩擦力的思维导图进行一定的研究。
  [關键词]传送带模型;摩擦力;思维导图;
  中图分类号:C877 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)03-0256-01
  1 引言
  在高中物理课程当中,传送带是一个重要且复杂的模型。在实际对该类问题进行求解时,需要能够对物体进行正确的受力分析,并对物体在整个过程当中所受到的摩擦力进行正确的判断。要想达成该项目标,思维导图可以说是一种行之有效的方式,即从传送带速度的以及物体速度为入手点展开思维。
  2 思维导图下传送带模型摩擦力分析
  传送带模型思维导图如下图所示:
  根据上图可以了解到,在传送带模型当中,其主要具有两种情况:
  第一,物体同传送带具有不同的速度。在该种情况下,当传送带同物体互为参考系时,两者都具有着运动的特征,即传送带同物体间将以此发生相对运动。在该过程当中,物体将受到一定的滑动摩擦力,其方向同物体同传送带相比运动方向相反。
  第二,物体同传送带具有相同的速度。当两者速度相同时,对物体在此过程中摩擦力突变情况进行分析则成为了实际解题思考当中的难点内容。此时,即需要能够对物体除摩擦力以外的力进行分析,并将沿着传送带表面的合力称之为动力。在该情况下,如动力为0,那么物体同传送带相对来说则没有运动,或不存在运动趋势,此时物体将不受到摩擦力,传送带将同物体共同进行运动。如动力不为0,此时即需要对动力同传送带、物体间的最大静摩擦力大小进行比较。此时还可以分为两种情况,即如果动力不大于最大静摩擦力,那么物体同传送带相比即为静止,但是却具有着相对运动的趋势,在整个过程当中将受到相反于动力方向的静摩擦力。而如动力同最大静摩擦力相比较大,那么该物体同传送带相比则将处于运动状态,在整个过程当中将受到相反于其动力方向的滑动摩擦力。下面,我们根据几个例题的方式对该方面知识进行进一步的研究。
  例1 如下图所示,有一个以水平方式放置、长度足够长的传送带,其以顺时针、v=5m/s的速度运行。此时,有一物体以v0=10m/s的初速度从其右侧以水平方向沿着传送带滑动。此时,如两者间的动摩擦因素μ=0.5,求该物体从上传送带开始到最终离开传送带整个过程中所需的时间。
  在对该题目进行一定的分析后可以了解到,当物块上传送带时,将具有着同传送带运动方向相比相反的方向,在这个阶段,其在运动当中则将受到一种向右的滑动摩擦力,并将向左形成一个匀减速运动。根据牛顿第二定律,可以得到:
  μmg=ma。
  加速度a=μg=5m/s2。
  根据匀变速运动位移公式可以了解到,在该物体速度变为0时,其所具有的位移x=v02/2a=10m,物体在传送带上向左运动的时间为t左=10/5=2s。
  当该物体速度变成0以后,其同传送带相比则将做一个向左的运动,此时,则将依然受到一个方向为右的滑动摩擦力。之后,其则将以反向向右进行匀加速运动,在该运动过程当中,其初速度为0,加速度为a=5m/s2。当物块继续运动,其速度同传送带速度相等时,此时物块的位移x1=v02/2a=2.5m  例2 如下图所示,有一个形状为三角形的传送带,按照1m/s的速度以逆时针方向进行匀速转动,该传送带两边长2m,同水平方向具有37°的夹角。此时,有两个小物体A、B从该传送带的顶端向着两个方向以1m/s的初速度下滑,对于这两个物块,其同传送带间具有的动摩擦因数为0.5,已知夹角37°的正弦与余弦值分别为0.6与0.8,下列判断正确的为:
  A.物块A先到达该传送带的底部
  B.两个物块同时达到该传送带的底部
  C.对于两个物块A、B,传送带对其产生的摩擦力都为沿着传送带向上的方向
  D.在物块A下滑的过程中,其同传送带相比产生的位移同物块B下滑过程中的相对位移相比要小
  对于该题目,在经过一定的研究分析可以了解到。虽然两个物块同传送带相比所具有的速度都为1m/s,但是两个物体在下滑过程当中同传送带相比具有着不同的运动方向。其中,B物块在下滑过程当中将同传送带相比具有着相反的运动速度,即同传送带相比向下运动,在运动的过程中将受到来自向上传送带方向的滑动摩擦力。同其相比,A物块在下滑过程当中将同传送带相比具有着相同的速度,但其在该过程的所具有的动力,即重力沿着传送带表面向下分离同A同传送带间的最大静摩擦力相比要大,并使其在该过程当中也将存在同传送带相比向下运动,并在此过程当中一直受到向上传送带方向的滑动摩擦力,即可以了解到C选项正确。同时,对于A、B两个物块来说,其加速度都为gsin37°-μgcos37°=2m/s2,且具有着相同的位移以及初速度,对此,则将在同一时间到达传送带的底部,即A选项错误、B选项正确。在A物块下滑的过程中,其同传送带相比形成的位移同A位移同传送带运动的位移差相等,而B物块在下滑过程中相对传送带的位移等于传送带位移同B位移的和,由此可以了解到,D选项也正确,最终即可以获得获得正确的答案,即选项B、C、D都正确。
  3 结束语
  在上文中,我们对判断传送带模型中摩擦力的思维导图进行了一定的研究,在我们未来该类知识学习当中,则可以做好摩擦力思维导图的建立,不仅能够帮助我们对摩擦力难点进行分析,且能够在形成正确物体运动情境的基础上实现传送带问题的良好解决。
  参考文献
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