有關(guān)傳送帶問題的創(chuàng)新題型賞析

蔡　亮

(江蘇省南京市第十二中學(xué),江蘇　南京　210015)

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·試題研究·

有關(guān)傳送帶問題的創(chuàng)新題型賞析

蔡亮

(江蘇省南京市第十二中學(xué),江蘇南京210015)

摘要：傳送帶問題是高中動(dòng)力學(xué)問題中一類較為復(fù)雜和較難處理的物理習(xí)題，它以真實(shí)的物理現(xiàn)象為命題背景，涉及動(dòng)力學(xué)規(guī)律、功能關(guān)系和能量守恒等知識(shí)點(diǎn).既考查了學(xué)生的科學(xué)思維能力，又聯(lián)系了生產(chǎn)和生活.本文著力于賞析在這類問題中的幾種創(chuàng)新題型，以饗讀者.

關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)；創(chuàng)新題型；傳送帶

引言

傳送帶問題一直是高中動(dòng)力學(xué)問題中一類較為復(fù)雜和較難處理的物理習(xí)題，它以真實(shí)的物理現(xiàn)象為命題背景，涉及動(dòng)力學(xué)規(guī)律、功能關(guān)系和能量守恒等知識(shí)點(diǎn).客觀上講，這類題目難在綜合程度高、物理過程復(fù)雜、能力要求高；主觀上說，教師和學(xué)生在教與學(xué)的過程中對(duì)這類問題認(rèn)知不夠透徹、總結(jié)不夠深刻，沒有優(yōu)化好解題思路，解題效率不高，因此需要教師引領(lǐng)學(xué)生找到真正解決問題的突破口.筆者在備課研究過程中發(fā)現(xiàn)，有關(guān)傳送帶類問題可以歸結(jié)為幾類創(chuàng)新型的題目，本文結(jié)合實(shí)例，予以賞析.

1組合式傳送帶

例1(2012年蘇州期末調(diào)研測試)：如圖1所示為某糧倉中由兩臺(tái)皮帶傳送機(jī)組成的傳輸裝置示意圖.設(shè)備調(diào)試時(shí)，將傾斜傳送機(jī)的傳送帶與水平地面間調(diào)成傾角θ=37°，使水平傳送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪邊緣以v0=5m/s的線速度沿順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng).AB兩端相距L=3m，CD兩端相距較遠(yuǎn).現(xiàn)將質(zhì)量m=10kg的一袋大米無初速的放在A端，它隨傳送帶到達(dá)B端后，速度大小不變地傳到傾斜傳送帶的C端，米袋與兩傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5，最大靜摩擦力大小與滑動(dòng)摩擦力大小相等(已知g=10m/s2、sin37°=0.6、cos37°=0.8，傳送機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)傳送帶與轉(zhuǎn)動(dòng)輪之間無滑動(dòng)).

圖1

(1) 求米袋從A端運(yùn)動(dòng)到B端所用的時(shí)間；

(2) 若傾斜傳送帶CD不運(yùn)動(dòng)，則米袋沿傳送帶CD所能上滑的最大距離是多少？

(3) 將傾斜傳送帶開動(dòng)使轉(zhuǎn)動(dòng)輪沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論轉(zhuǎn)動(dòng)速度多大，米袋都無法運(yùn)送到距C端較遠(yuǎn)的D端，試分析其原因.欲使米袋能運(yùn)送到D端,應(yīng)該怎樣調(diào)試傾斜的傳送帶？

點(diǎn)評(píng)：本題將平常較為常見的兩種典型傳送帶(水平和傾斜)融合在一起進(jìn)行考查，此為創(chuàng)新之一.總體上難度并不是太大，最后一問比較新穎，需要根據(jù)相關(guān)的受力分析才能確定是什么原因影響米袋不能傳送到較遠(yuǎn)的D點(diǎn)，此為創(chuàng)新之二.本題要求學(xué)生會(huì)定量計(jì)算的同時(shí)，也要掌握定性原因的分析，訓(xùn)練和提升學(xué)生學(xué)會(huì)分析問題和解決問題的能力，實(shí)乃一道既注重基礎(chǔ)知識(shí)考查，又兼具能力運(yùn)用的好題目.

2電磁式傳送帶

圖2

(1) 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E為多大？

(2) 物體返回到圓弧軌道后，能上升的最大高度H為多少？

點(diǎn)評(píng)：本題將傳送帶問題與電場和磁場結(jié)合在一起進(jìn)行考察，在常規(guī)的受力分析之外，還要考慮到電場力和洛倫茲力，尤其是第(3)問還需要用到微元思想，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)量定理來進(jìn)行求解.這類問題對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)造能力，提高學(xué)生思維的嚴(yán)密性和靈活性以及拓展性都具有重大意義.在教學(xué)中教師也要有意識(shí)引入這種“老樹發(fā)新芽”的試題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的探討和進(jìn)行拓展教學(xué)，這對(duì)提高課堂教學(xué)的實(shí)效性有很大的幫助.

3回旋加速式傳送帶

例3(2013年蘇州期末調(diào)研測試)：如圖3所示，以A、B和C、D為端點(diǎn)的半徑為R=0.6m的兩半圓形光滑絕緣軌道固定于豎直平面內(nèi)，B端、C端與光滑絕緣水平面平滑連接.A端、D端之間放一絕緣水平傳送帶，傳送帶下方B、C之間的區(qū)域存在水平向右的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)E=5×105V/m.當(dāng)傳送帶以v0=6m/s的速度沿圖示方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將質(zhì)量為m=4×10-3kg，帶電量q=10-8C的小物塊由靜止放上傳送帶的最右端，小物塊第一次運(yùn)動(dòng)到傳送帶最左端時(shí)恰好能從A點(diǎn)沿半圓軌道滑下，不計(jì)小物塊大小及傳送帶與半圓軌道間的距離，g取10m/s2，已知A、D端之間的距離為1.2m等于水平傳送帶的長度.

圖3

(1) 求小物塊第一次運(yùn)動(dòng)到傳送帶最左端時(shí)速度的大??；

(2) 求小物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)；

(3) 求小物塊第1次經(jīng)CD半圓形軌道到達(dá)D點(diǎn)時(shí)速度大??；

(4) 小物塊第幾次經(jīng)CD半圓形軌道到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的速度達(dá)到最大？最大速度為多少？

點(diǎn)評(píng)：單純從問題的難易程度上來說，前3問并無太大難度，只要稍加理性分析和選用正確的公式，還是能夠較為輕松得出結(jié)果.對(duì)于第4問來說，這種求速度最大值情況，在碰撞問題、電場類題目、磁場類題目中均有所涉獵，且出現(xiàn)的頻率也較高.但是在傳送帶問題中卻很少出現(xiàn)求速度極值問題，而本題創(chuàng)造性地將類似于回旋加速器的加速原理利用到傳送帶問題中來，確實(shí)是創(chuàng)新之舉，這不僅是命題者創(chuàng)新的結(jié)晶，也更能對(duì)學(xué)生的思維能力的提高有較大的幫助.

實(shí)際上，像這樣通過創(chuàng)設(shè)新的物理情境、變換物理模型來整合或設(shè)置新的物理問題，對(duì)于提高學(xué)生思維的創(chuàng)新能力的確有較大提高，教師在平時(shí)習(xí)題教學(xué)中也應(yīng)有意識(shí)的滲透這些思想，實(shí)現(xiàn)科學(xué)備考，提高復(fù)習(xí)效率.

參考文獻(xiàn)：

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