专题一(高考考点传送带问题剖析)

-1-专题一：高考考点传送带问题剖析传送带是应用比较广泛的一种传送装置，以其为素材的物理题大都具有情景模糊、条件隐蔽、过程复杂的特点。2003年高考最后一题的传送带问题，让很多考生痛失22分，也使传送带问题成为人民关注的热点。但不管传送带如何运动，只要我们分析清楚物体所受的摩擦力的大小、方向的变化情况，就不难分析物体的状态变化情况。因为不同的放置，传送带上物体的受力情况不同，导致运动情况也不同，传送带问题是以真实物理现象为依据的问题，它既能训练学生的科学思维，又能联系科学、生产和生活实际，因而，这种类型问题具有生命力，当然也就是高考命题专家所关注的问题．解决此类问题的关键是对传送带和物体进行动态分析和终态推断，灵活巧妙地从能量的观点和力的观点来揭示其本质、特征、过程力学中的传送带问题，一般可分为三大类：（一）水平放置运行的传送带，（二）倾斜放置运行的传送带；（三）平斜交接放置运行的传送带，下面分别举例加以说明，从中领悟此类问题的精华部分和解题关键所在．（一）水平放置运行的传送带处理水平放置的传送带问题，首先是要对放在传送带上的物体进行受力分析，分清物体所受摩擦力是阻力还是动力；其二是对物体进行运动状态分析，即由静态→动态→终态分析和判断，对其全过程做出合理分析、推论，进而采用有关物理规律求解．这类问题可分为①运动学型；②动力学型；③动量守恒型；④图象型．〈二〉倾斜放置运行的传送带．这种传送带是指两皮带轮等大，轴心共面但不在同一水平线上（不等高），传送带将物体在斜面上传送的装置．处理这类问题，同样是先对物体进行受力分析，而判断摩擦力的方向是关键，正确理解题意和挖掘题中隐含条件是解决这类问题的切入点和突破口．这类问题通常分为①运动学型；②动力学型；③能量守恒型．〈三〉平斜交接放置运行的传送带这种类型一般可分为二种，一是传送带上仅有一个物体运动，二是传送带上有多个物体运动，解题思路与前面两种相仿，都是从力的观点和能量转化守恒角度去思考，挖掘题中隐含的条件和关键语句，从而找到解题突破口和切入点．-2-知识概要与方法传送带类分水平、倾斜两种;按转向分顺时针、逆时针转两种。(1)受力和运动分析时注意：①受力分析中的摩擦力突变（大小、方向）——发生在V物与V传相同的时刻；②运动分析中的速度变化——相对皮带运动方向和相对地面速度变化V物和V带③在斜面上注意比较mgsinθ与摩擦力f的大小，④传送带长度——临界之前是否滑出⑤共速以后一定与传送带保持相对静止作匀速运动吗？(2)传送带问题中的功能分析①功能关系：WF=△EK+△EP+Q②对WF、Q的正确理解（a）传送带做的功：WF=F·S带功率P=F×V带（F由传送带受力平衡求得）（b）产生的内能：Q=f·S相对（c）如物体无初速，放在水平传送带上，则在整个加速过程中物体获得的动能EK，因为摩擦而产生的热量Q有如下关系：EK=Q=1/2mV2一、传送带水平放置设传送带的速度为V带，物体与传送带之间的动摩擦因数为μ，两定滑轮之间的距离为L，物体置于传送带一端的初速度为V0。1、V0＝0，（如图1）V0物体刚置于传送带上时由于受摩擦力作用，将做a=μg的加速运动。假定物体从开始置于传送带上一直加速到离开传送带，则其离开传送带时的速度为V＝gL2，显然有：V带＜gL2时，物体在传送带上将先加速，后匀速。V带≥gL2时，物体在传送带上将一直加速。2、V0≠0，且V0与V带同向，（如图2）（1）V0＜V带时同上理可知，物体刚运动到带上时，将做a=μg的加速运动，假定物体一直加速到离开传送带，则其离开传送带时的速度为V＝gLV220，显然有：V0＜V带＜gLV220时，物体在传送带上将先加速后匀速。mLV带V0mLV带V0=0-3-V带≥gLV220时，物体在传送带上将一直加速。（2）V0＞V带时因V0＞V带，物体刚运动到传送带时，将做加速度大小为a=μg的减速运动，假定物体一直减速到离开传送带，则其离开传送带时的速度为V＝gLV220，显然：V带≤gLV220时，物体在传送带上将一直减速。V0＞V带＞gLV220时，物体在传送带上将先减速后匀速。3、V0≠0，且V0与V带反向，（如图3）此种情形下，物体刚运动到传送带上时将做加速度大小为的减速运动，假定物体一直减速到离开传送带，则其离开传送带时的速度为V＝gLV220，显然：V≥0，即V0≥gL2时，物体将一直做减速运动直到从传送带的另一端离开传送带。V＜0，即V0＜gL2时，物体将不会从传送带的另一端离开而从进入端离开，其可能的运动情形有：a、先沿V0方向减速，再反向加速直至从放入端离开传送带b、先沿V0方向减速，再沿V0反向加速，最后匀速直至从放入端离开传送带。mLV带V0图3-4-二、传送带斜置设传送带两定滑轮间的距离为L，带与水平面的夹角为θ，物与带之间的动摩擦因数为μ，物体置与带的一端，初速度为V0，传送带的速度为V带。1、V0＝0，（如图4）物体刚放到带的下端时，因V0＝0，则其受力如图所示，显然只有f-mgsinθ0，即μtgθ时，物体才会被传送带带动从而向上做加速运动，且a=μgcosθ－gsinθ，假定物体一直加速度运动到上端，则物体在离开传送带时的速度为V=Lgsimg)cos2（，显然：V带＜Lgsimg)cos2（时，物体在传送带上将先加速后匀速直至从上端离开。V带≥Lgsimg)cos2（时，物体在传送带上将一直加速直至从上端离开。2、V0≠0，且V0与V带同向，（如图5）①V0＜V带时，a、μtgθ，物体刚运动到带上时，因V0V带，则其将做a=μgcosθ－gsinθ的加速运动，假定物体一直做加速运动，则物体离开传送带时的速度为V=Lgg)cossin2V20（＋，显然：LggVV)sincos2V200（＋＜带时，物体在传送带上将先加速θmLV带V0图5θmLV带V0图4-5-后匀速直至离开传送带上端。LgsimgV)cos2V20（＋带时，物体将在传送带上一直加速直至离开传送带上端。b、μtgθ物体刚运动到带上时，因V0＜V带，物体将做加速度大小为a＝gsinθ－μgcosθ的减速运动。假定物体一直做减速运动到直至离开传送带，则物体离开传送带上端时速度为V＝Lgg)cossin2V20（＋，显然：V≥0，即V0≥Lgg)cossin2（时，物体在传送带上将一直减速运动直至从装置的上端离开V＜0，即V0＜Lgg)cossin2（时，物体在传送带上将先向上做大小为a＝gsinθ－μgcosθ的减速运动，后向下做加速度最小为a＝gsinθ－μgcosθ的加速运动直至离开装置的下端。②V0＞V带时a、μtgθ，物体刚运动到带上时，因V0＞V带，故物体将做加速度大小为a＝gsinθ＋μgcosθ的减速运动，假定物体一直做减速运动，则物体离开传送带时速度为V＝Lgg)cossin2V20（＋，显然：V带≤Lgg)cossin2V20（时，物体将一直减速直至离开传送带上端。V0＞V带＞Lgg)cossin2V20（时，物体将先做减速运动后做匀速运动直至离开传送带上端。b、μ＜tgθ，物体刚运动到带上时，因V0＞V带，故物体将做加速度大小为a＝gsinθ＋μgcosθ的减速运动。假定物体一直做减速运动，则-6-θmLV带V0图6物体离开传送带上端时速度为V＝Lgg)cossin2V20（，显然：V带≤Lgg)cossin2V20（时，物体将一直减速直至离开传送带上端。V0＞V带＞Lgg)cossin2V20（时，，物体运动较为复杂。物体刚开始滑上传送带时，因物体速度大于V带，故物体做a＝gsinθ＋μgcosθ的减速运动，当物体速度减小到等于V带时，由于继续减速其速度将小于V带，此后加速大小变为a＝gsinθ－μgcosθ，但是只要其滑上传送带的初速度V0＞Lgg)cossin2（，就一定能从传送带的上端滑出。若V0＜Lgg)cossin2（，则物体有下列两种可能的运动情形。一是先向上做大小为a＝gsinθ＋μgcosθ的减速运动，后向上做大小为a＝gsinθ－μgcosθ的减速运动，直至离开传送带上端。另一种情形是先向上做大小为a＝gsinθ＋μgcosθ的减速运动，再向上做大小为a＝gsinθ－μgcosθ的减速运动，最后向下做为a＝gsinθ－μgcosθ的加速运动直至从下端传送带离开。3、V0≠0，且V0与V带反向物体刚运动到传送带下端时，物体将做加速度大小为a＝gsinθ＋μgcosθ减速运动，假定物体一直减速，则其离开上端时速度大小为V＝Lgg)cossin2V20（，显然：当V≥0，即V≥Lgg)cossin2（时，不论μ为何值，物体一直减速直至离开传送带上端-7-当V＜0，即V＜Lgg)cossin2（时，则在μ≥tgθ时，物体将先向上减速后向下匀速直至从下端离开；在μ＜tgθ时，物体将先向上以a＝gsinθ＋μgcosθ做减速运动，后向下做a＝gsinθ－μgcosθ的加速运动直至离开传送带下端。上面我们依据牛顿运动定律对物体在传送带上的运动特征进行了分析，实际上我们还可据能量观点对其进行分析。专题聚焦一、水平传送带问题的变化类型1：如图7所示，质量为m的物体从离离送带高为H处沿光滑圆弧轨道下滑,水平进入长为L的静止的传送带落在水平地面的Q点,已知物体与传送带间的动摩擦因数为μ,则当传送带转动时,物体仍以上述方式滑下,将落在Q点的左边还是右边?-8-2:如图，一物块沿斜面由H高处由静止滑下，斜面与水平传送带相连处为光滑圆弧，物体滑离传送带后做平抛运动，当传送带静止时，物体恰落在水平地面上的A点，则下列说法正确的是（BC）。A．当传送带逆时针转动时，物体落点一定在A点的左侧B．当传送带逆时针转动时，物体落点一定落在A点C．当传送带顺时针转动时，物体落点可能落在A点D．当传送带顺时针转动时，物体落点一定在A点的右侧3:如图，水平传送带两个转动轴轴心相距20m，正在以v＝4.0m/s的速度匀速传动，某物块儿（可视为质点）与传送带之间的动摩擦因数为0.1,将该物块儿从传送带左端无初速地轻放在传送带上，则(1)经过多长时间物块儿将到达传送带的右端（g=10m/s2）？（2）若水平传送带两个转动轴心相距为2.0m，其它条件不变，则将该物体从传送带左端无初速地轻放在传送带上，则经过多长时间物体将到达传送带的右端（g=10m/s2）？（3）若提高传送带的速度，可以使物体从传送带的一端传到另一端所用的时间缩短。为使物体传到另一端所用的时间最短，传送带的最小速度是多少？4:一水平传送带两轮之间距离为20m，以2m/s的速度做匀速运动。已知某小物体与传送带间的动摩擦因数为0.1，将该小物体沿传送带同样的方向以4m/s的初速度滑出，设传送带速率不受影响，则物体从左端运动到右端所需时间是多少？HA-9-55::((0055江江苏苏))如如图图所所示示..绷绷紧紧的的传传送送带带始始终终保保持持33..00mm／／ss的的恒恒定定速速率率运运行行，，传传送送带带的的水水平平部部分分AABB距距水水平平地地面面的的高高度度为为AA==00..4455mm..现现有有一一行行李李包包((可可视视为为质质点点))由由AA端端被被传传送送到到BB端端，，且且传传送送到到BB端端时时没没有有被被及及时时取取下下，，行行李李包包从从BB端端水水平平抛抛出出，，不不计计空空气气阻阻力力，，gg取取llOOmm／／ss22((11))若若行行李李包包从从BB端端水水平平抛抛出出的的初初速速vv＝＝33..00mm／／ss，，求求它它在在空空中中运运动动的的时时间间和和飞飞出出的的水水平平距距离离；；((22))若若行行李李包包以以vv00＝＝11..OOmm／／ss的的初初速速从从AA端端向向右右滑滑行行，，包包与与传传送送带带