高中物理必修一 牛顿第二定律应用之传送带场景24张PPT

(共24张PPT)
牛顿第二定律的应用
传送带问题
传送带在各个场合的使用
1、摩擦力的产生条件以及方向与大小:
方向：
大小：
静摩擦力：
方向：
大小：
2、牛顿第二定律:
滑动摩擦力
温故而知新：
产生条件：
（1）接触面粗糙
（2）接触面处有压力
（3）有相对运动趋势
产生条件：
（1）接触面粗糙
（2）接触面处有压力
（3）有相对运动
与相对运动方向相反
f=μFN
与相对趋势方向相反
根据动力学知识求解
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v01、物块在传送带上的受力情况以及运动情况分析
v0
A
B
v
受力分析：研究相对运动，判断出摩擦力方向以及大小。
当速度相等时，摩擦力考虑突变问题。
运动分析：单独分析物块在力的作用下的运动
物块相对于传送带向左运动，受到摩擦力向右，开始向右做匀加速运动（对地）；
当速度增加到等于传送带时，滑动摩擦力突变为零，与传送带无相对运动趋势，物块向右做匀速直线运动（对地）
G
FN
f
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v02、物块在加速过程的加速
A
B
v
得
对物块研究
G
FN
f
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v03、物块在传送带上运动的时间
匀速运动时间：
解：
加速运动时间：
滑块在传送带上运动的总时间：
加速位移：
--------以地面为参考系研究
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v04、物块在传送带上留下的痕迹长度
v
t
v
t1
t2
v0
物块位移
传送带位移
相对位移
划痕长度
（以地面为参考)
总结：分析相对运动过程，
以地面为参考
，隔离研究物块以及传送带的位移，
确定相对位置，相对位移：同向相加，反向相减。
A
B
v
A
B
5、传送带不够长，物块可能的运动情况
讨论：
滑块匀加速直线运动
总结：如果传送带长度有限，
则需先求出物块加速至传送带速度时位移（对地）X，
X与L进行比较，再分析结果。
G
FN
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v06、传送带速度可以改变，想要提高传送效率，最短时间把物块送到B处，那么物块全过程应该是什么运动，对应的传送带的最小速度以及最短时间多少？
v0
A
B
v
全程加速：
对物块：
根据
求解
当物块到达B点时刚好达到传送带速度，此时传送带速度最小
例1、如图所示,水平放置足够长的传送带从A到B长度为L,传送带以v的速率顺时针转动.在传送带A端以初速度v0（
v0v0
A
B
v
7、若
v0>v，物块的运动情况
滑块先做匀减速直线运动，然后做匀速直线运动
同向
V物
V传
反向
变式训练1、水平白色的传送带以4m/s的速度向左匀速运动。煤块与传送带间的动摩擦因数为0.1，传送带两轮间距离15m。让煤块以V=3m/s的向右初速度放上传送带左端，则煤块从哪一端脱离，脱离时传送带上黑色划痕有多长？（传送带轮半径远小于传送带长度，g=10m/s2）
分析反向
结合上题计算可知，煤块不会从右端滑下，应先向右减速至零，再向左匀加速，并且就以V=3m/s从左端滑下。
两个过程中，煤块相对传送带都是向右运动的，且全过程（传送带一直匀速运动）煤块可以看成匀减速运动。所以可以全程分析。向右为正。
根据
Vt
=
V0+at
即
-3=
3+（-1）t
得
t=6s
此过程中
X煤
=
0
而
X传
=
Vt
，X传
=
24m（向左）
相对位移
划痕长度为24m
V物
V传
反向
变式训练2、水平白色的传送带以2m/s的速度向左匀速运动。煤块与传送带间的动摩擦因数为0.1，传送带两轮间距离5m。让煤块以V=3m/s的向右初速度放上传送带左端，则煤块从哪一端脱离，脱离时两者相对位移是多少？传送带上黑色划痕有多长？（g=10m/s2）
分析反向2
由上题可知，煤块不会从右端滑下，应先向右减速至零，再向左匀加速，最后还有匀速，最终以V=2m/s从左端滑下。
在前两个过程中，煤块相对传送带都是向右运动的，第三个过程中两者已经相对静止。所以只研究前两个全程即可。
根据
Vt=V0+at
即
-2=3+（-1）t
得
t=5s
此过程中
X煤=（-2+3）/2
×
5
=
2.5m
而
X传
=
Vt
=
2×5
=
10m
即相对位移为12.5m,则划痕为12.5m。
3、研究相对位移（相对滑动过程)
隔离研究
物块位移（对地）
传送带位移（对地）
相对位移：
划痕：
同向相减
反向相加
1、物块的受力情况------相对运动，当速度相等时，摩擦力突变问题
运动情况分析---------不管相对运动，隔离研究物体的运动
2、加速度的大小--------完整受力分析
4、传送带长度有限，物块运动的判别思维
总结：
变式训练3、如图所示，传送带与水平方向夹37°角，AB长为L＝16m的传送带以恒定速度v＝10m/s运动，在传送带上端A处无初速释放质量为m＝0.5kg的物块，物块与带面间的动摩擦因数μ＝0.5，求：
（1）当传送带逆时针转动时，物块从A到B所经历的时间为多少？
（2）当传送带顺时针转动时，物块从A到B所经历的时间为多少？
(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10
m/s2)．
（1）物块放上传送带的开始的一段时间受力情况
如图甲所示，前一阶段物块作初速为0的匀加速运动，设加速度为a1
，
由牛顿第二定律，有mgsin37°＋μmgcos37°=ma1
,
解得：a1
＝10m/s2,
设物块加速时间为t1
，
解得：t1=1s
因位移X1=
=5m＜16m
,说明物块仍然在传送带上．
设后一阶段物块的加速度为a2,
当物块速度大于传送带速度时，其受力情况如图乙所示．
由牛顿第二定律，有：mg
sin37°-
μmgcos37°＝ma2
,解得a2＝2m/s2
，
设后阶段物块下滑到底端所用的时间为t2．由
L－X1＝vt2＋a2t/2，解得t2＝1s
另一解－11s
不合题意．所以物块从A到B的时间为：t＝t1＋t2＝2s
(2)
当传送带顺时针转动时，设物块的加速度为a
，物块受到传送带给予的滑动摩擦力
μmgcos37°方向沿斜面向上且小于物块重力的分力mg
sin37°，
根据牛顿第二定律，有：
mg
sin37°-
μmgcos37°＝ma
代入数据可得：
a＝2
m/s2
物块在传送带上做加速度为a＝2
m/s2的匀加速运动，设运动时间为t，
L=1/2at2代入数据可得：t＝4s
点评:
解答传送带问题的关键是分析摩擦力的方向，以及摩擦力向上和向下的条件。从解答过程中我们可以得到以下三点启示：
（1）解答“运动和力”问题的关键是要分析清楚物体的受力情况和运动情况，弄清所给问题的物理情景．加速度是动力学公式和运动学公式之间联系的桥梁．
（2）审题时应注意对题给条件作必要的定性分析和半定量的分析。如：由本题中给出的μ和θ值可作出以下判断：当μ≥tanθ时，物块在加速至与传送带速度相同后，物块将与传送带相对静止，并同传送带一起匀速运动；当μ＜tanθ时，物块在获得与传送带相同的速度后仍继续加速．
（3）滑动摩擦力的方向并不总是阻碍物体的运动，而是阻碍物体间的相对运动。它可能是是阻力，也可能是动力．
3、研究相对位移（相对滑动过程)
隔离研究
物块位移（对地）
传送带位移（对地）
相对位移：
划痕：注意判断是否覆盖。
同向相减
反向相加
1、物块的受力情况------以传送带为参考，当速度相等时，摩擦力突变问题
运动情况分析---------以地面为参考
2、加速度的大小
4、传送带长度有限，物块运动的判别思维
总结：
谢谢各位老师的莅临指导！