“自适应性”就是自动识别并做出相应反应.比如有的网站,用手机浏览时,就显示为手机版,用电脑浏览时就显示为电脑版;有的购物网站根据购物者信息推荐商品;人脸识别系统自动匹配;管理学中的自适应性,免疫系统的自我适应;变色龙根据环境调整皮肤颜色,等等,诸如此类。静摩擦力也具有自适应性,是聪明力,智能力[666]。

静摩擦力的作用是阻碍相对运动趋势,也就是维持相对静止,有没有成功,看能力了[点亮平安灯].

静摩擦力为了维持相对静止

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(1)

一毛同学用10N的力推箱子未推动,为什么推不动?静摩擦力[来看我]为了维持箱子和地面相对静止,自我调整为10N,也不多调哦[得意],多调反而破坏了相对静止[思考],方向与一毛同学施加的力相反,对了,没别的方向,就认准了这个方向[奸笑]。

一毛同学用20N的力推箱子仍然未推动,为什么推不动[what]?静摩擦力为了维持箱子和地面相对静止,自我调整为20N,方向与一毛同学施加的力相反。

一毛同学用50N的力推箱子推动了,为什么动了[what]?静摩擦力为了维持箱子和地面相对静止,想自我调整为50N,方向与一毛同学施加的力相反,可是……静摩擦力使出了浑身解(xiè)数,无力抵抗(并不是无心),维持相对静止失败了[流泪]。

痛定思痛,认真反思,为什么失败了,原来静摩擦力有个最大值,叫最大静摩擦力,把吃饭的本领都使出来了,也无法抗拒,不是不努力,是实力不允许啊[流泪]!一鼓作气,再而衰,三而竭,但生活还得继续[加油],最大静摩擦力变滑动摩擦力吧[摊手],也活得不会那么累了。

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(2)

无论生活多苦涩,我依然是坚强的[加油]……

静摩擦力维持相对静止,维持失败,仍在坚持.

例题:如图所示,放在粗糙水平桌面上的一个物体,同时受到水平方向的两个力,F₁=8N,方向向右,F₂=12N,方向向左.当F₂从12N逐渐减小到零时,物体始终保持静止,物体与桌面间摩擦力大小变化情况是(B)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(3)

A.逐渐减小

B.先减小后增大

C.逐渐增大

D.先增大后减小

例题:如图所示,A是固定在水平面上、倾角为θ的斜面,将质量为m的物体B放在斜面上,并对物体B施加一平行于斜面的推力F=kt(t从0开始)而使物体B处于静止状.分析判断物体B所受斜面A的静摩擦力的大小和方向的变化情况.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(4)

【分析】

当F<mgsinθ时,静摩擦力沿斜面向上,大小为mgsinθ-F;

当F=mgsinθ时,无静摩擦力;

当F>mgsinθ时,静摩擦力沿斜面向上下,大小为F-mgsinθ.

一切都是为了维持相对静止.

例题:物体P静止在固定斜面上,重力为G,受到一个从零逐渐增大的水平推力F,物体P受到的摩擦力情况是(C)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(5)

A.静摩擦力逐渐增大

B.静摩擦力逐渐减小

C.静摩擦力先减小后增大

D.静摩擦力先增大后减小

例题:如图所示,表面粗糙的固定斜面顶端安有定滑轮,两物体P、Q用轻绳连接并跨过定滑轮(不计定滑轮的质量和摩擦)。P悬于空中,Q放在斜面上,且均处于静止状态,则(BC)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(6)

A.Q受到的静摩擦力的方向一定向下

B.Q受到的静摩擦力的方向可能向上

C.Q受到的静摩擦力可能为零

D.Q受到的静摩擦力不可能为零

例题:如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B,A、B间的最大静摩擦力为μmg,现用水平拉力F拉B,使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(7)

静摩擦力想让A、B两兄弟排排坐吃果果,假设它们两个就是一起走的,那么有共同加速度a,a=F/(2m m)=F/3m.

对A:B对A静摩擦力为fᴀ=maᴀ=ma=F/3,

而B对A最大静摩擦力为fₘₐₓ=μmg,

F/3≤fₘₐₓ,F≤3μmg.

【或者这样理解】☞A全靠兄弟B带一把,B对A最大的能力就是fₘₐₓ=μmg.

A最大加速度aᴀ=μmg/m=μg,

aᴀ=a,Fᴍ=3μmg.

【变式】例若拉力F作用在A上呢?如图所示,求拉力F的最大值.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(8)

方便做题,套步骤

①假设A、B相对静止

共同加速度a=F/3m(整体法)

②B需要的静摩擦力为

fʙ=2m·F/3m=2F/3

③A对B的最大静摩擦力为

fₘₐₓ=μmg,fʙ≤fₘₐₓ,

2F/3≤μmg,F≤3μmg/2.

当然也可以分析A,结果是一样的,不过此平行B受力少,分析B更简单.

【拓展】

若地面和B的动摩擦因数为μ、2μ、μ/2、μ/3、μ/10……结果又是什么呢?

这类板块模型的家族实在是太庞大了,但是万变不离其宗,看两道高考题.

1.如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中()。

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(9)

A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左

B.鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等

C.若猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力将增大

D.若猫减小拉力,鱼缸有可能滑出桌面

2.下暴雨时,有时会发生山体滑坡或泥石流等地质灾害.某地有一倾角为θ=37°(sin37°=0.6)的山坡C,上面有一质量为m的石板B,其上、下表面与斜坡平行;B上有一碎石堆A(含有大量泥土),A和B均处于静止状态,如图所示.假设某次暴雨中,A浸透雨水后总质量也为m(可视为质量不变的滑块),在极短时间内,A、B间的动摩擦因数μ₁减小为3/8,B、C间的动摩擦因数μ₂减小为0.5,A、B开始运动,此时刻为计时起点;在第2s末,B的上表面突然变为光滑,μ₂保持不变.已知A开始运动时,A离B下边缘的距离l=27m,C足够长.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.取重力加速度大小g=10m/s².求:

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(10)

(1)在0~2s时间内A和B加速度的大小;

(2)A在B上总的运动时间.

【练一练】

1.一长轻质木板置于光滑水平地面上木板上放着质量分别为mA=1kg和mB=2kg的A、B两物块,A、B与木板之间的动摩擦因数都为μ=0.2水平恒力F作用在A物块上如图所示(最大静摩擦力等于滑动摩擦力重力加速度g取10m/s²)则(CD)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(11)

A.若F=1N则物块、木板都静止不动

B.若F=1.5N则A物块所受摩擦力大小为1.5N

C.若F=4N,则B物块所受摩擦力大小为2N

D.若F=8N,则B物块的加速度为1m/s²

2.如图所示,质量为m的铁块(可视为质点)以水平初速度v₀滑上原来静止在水平光滑地而上质量为M的木板,它们之间的动摩擦因数为μ,木板足够长.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(12)

(1)分析铁块、木板达共同速度之前各自的受力情况;

(2)求铁块、木板达共同速度之前各自的加速度;

(3)在同一坐标系中画出铁块、木板大致的运动过程的图像;

(4)求铁块和木板的共同速度及达到共同速度所需的时间和位移;

(5)求整个运动过程中铁块、木板的速度改变量;

(6)求摩搽力对铁块、木板做的功及二者动能的变化量;

(7)求摩擦力对铁块、木板做功的平均功率;

(8)求整个运动过程中产生的内能及木板的最小长度;

(9)求摩擦力对铁块、木板的冲量及动量的变化量.

3.如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ的值为1/5.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(13)

4.如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是fm现用平行于斜面的拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块沿斜面以同一加速度向下运动,则拉力F的最大值是3fₘ/2.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(14)

5.【类板块模型,也是阿特伍德机模型】如图所示,一条轻绳跨过一轻定滑轮,滑轮和轴、绳和滑轮的摩擦均可忽略.在绳的一端拴住一质量为m₁的小球,在另一侧有一ma₂质量为m₂的圆环套在绳子上,且m₁>m₂.由静止开始释放它们后,圆环m₂相对于地面以恒定的加速度大小a₂沿绳下滑(a₂<g,g为重力加速度),则小球m₁相对地面的加速度a₁的大小为(B)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(15)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(16)

例题:如图所示,传送带与地面的夹角θ=37°,AB的距离s=16 m,传送带以v₀=10m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速地放一个质量m=0.5kg的物体,它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5.求物体从A运动到B所需的时间?(g=10m/s²)

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(17)

【分析】

开始有相对运动,是滑动摩擦力,物体的加速度为a₁=gsinθ μgcosθ=10m/s²,

经时间t₁=v₀/a₁=1s和传送带达到共同速度,此时相对静止,静摩擦力一直在暗中监视[绿帽子],也发现了这个问题,这是一次机会,千年等一回[爱慕],立即动手,想让物体和传送带维持相对静止,能维持下去吗[what]?即保持和传送带的速度一样,也处于平衡状态,那么静摩擦力要突变成一个沿传送带斜面向上的力,用来抵消重力沿传送带斜面向下的分力,有这个能力吗?

看家本领(最大静摩擦力)为fₘₐₓ=μmgcosθ=0.5×0.5×10×0.8N=2N,对头[碰拳]重力分力mgsinθ=0.5×10×0.6=3N.无力回天,无缘对面手难牵,十年修得共船渡,百年修得单相思,不过好像没有百年,才1s[做鬼脸].

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(18)

纵君虐我千百遍,我待君来如初恋.生活还得继续坚持啊[跪了],豪情万丈之后是蜕变,变滑动摩擦力了[酸].

a₂=gsinθ-μgcosθ=2m/s².

第一阶段位移:x₁=5m

第二阶段位移:x₂=s-5m=11m.

x₂=v₀t₂ ½a₂t₂²

t₂=1st=t₁ t₂=2s.

例题:如图所示,传送带与地面的夹角θ=37°,AB的距离s=16 m,传送带以v₀=10m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速地放一个质量m=0.5kg的物体,它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.8.求物体从A运动到B所需的时间?(g=10m/s²)

【分析】

什么都没改,就改了个μ.

哪里不同呢,就当是物体速度v和传送带速度v₀一样时[比心],fₘₐₓ=μmgcosθ=0.8×0.5×10×0.8N=3.2N,mgsinθ=3N.

静摩擦力能扛住了,维持物体和传送带相对静止[鼓掌].物体之后做匀速直线运动了.

a₁=gsinθ μgcosθ=12.4m/s²

t₁=v₀/a₁≈0.81s

x₁=½a₁t₁²

x₂=s-x₁

t₂=x₂/v₀

提醒:

1.静摩擦只发生在相对静止的接触面之间,如人走路,车轮不打滑,爬竹竿等.

静摩擦力的范围公式(静摩擦力的自适应性)(19)

爬竹竿人和竹竿是相对运动,但是巴掌和竹竿表面是相对静止的;

2.静摩擦力的大小是没有公式可以套用的,根据平衡条件或牛顿第二定律计算,而最大静摩擦力却有;

3.静摩擦力是可以发生突变的,说变就变,谁变谁都不一定.

4.相对运动趋势的方向跟静摩擦力方向相反;

5.速度相等是维持相对静止的一次机会,能不能把握,看能力;

6.一对相互作用的静摩擦力对系统不做功,不增减系统内能,也就是不会摩擦生热;

7.静摩擦力不会留下划痕,留下划痕的是滑动摩擦力.

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