摩擦力是会发生突变的,当物体的受力情况或者运动情况发生变化时,摩擦力的大小和方向往往发生变化,有可能导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化,常见有“静-静”突变,“静-动”突变,“动-静”突变,“动-动”突变。现我们研究的是“共速突变”,一般出现在板块模型和传送带模型题型类。

摩擦力的作用是阻碍相对运动或者阻碍相对运动趋势,前者是滑动摩擦力,后者是静摩擦力。

也可以这样理解,摩擦力是为了维持接触面间的相对静止,如果成功,则是静摩擦力,如果失败就是滑动摩擦力。

突破难点就是“共速突变”,共速就是相对静止,静摩擦力能否维持相对静止,这就是关键。

共速后能否一起运动的判断方法是:假设能一起运动看供需匹配关系

例题:如图甲所示,

摩擦力相关知识和题型(摩擦力的共速突变)(1)

一足够长的传送带倾斜放置,以恒定速率v=4m/s顺时针转动。一煤块以初速度v₀=12m/s从A端冲上传送带,煤块的速度随时间变化的图像如图乙所示,取g=10m/s²,sin37°=0.6,sin53°=0.8,则下列说法正确的是()

A.倾斜传送带与水平方向夹角θ=37°

B.煤块与传送带间的动摩擦因数=0.5

C.煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为4s

D.煤块在传送带上留下的痕迹长为(12+4√5)m

【解析】煤块在上升过程中,加速度a=gsinθ μgcosθ=?,煤块做匀减速直线运动,由v-t图可知,a=8m/s²,从v-t图可以看出,煤块的加速度发生了变化,那一定是煤块的速度和传送带共速时发生突变的,摩擦力无法维持煤块和传送带相对静止,一起做匀速直线运动,但倾其所有地维持,因此摩擦力由沿斜面向下突变为沿斜面向上。

a′=gsinθ-μgcosθ=4m/s²

a=gsinθ μgcosθ=8m/s²

两式相加2gsinθ=12m/s²

sinθ=0.6,θ=37°

两式相减2μgcosθ=4m/s²

μ=1/4

摩擦力相关知识和题型(摩擦力的共速突变)(2)

例题:如图甲所示,圆柱形管的底端固定一弹射器,弹射器上有一质量m₁=1kg的小滑块,管和弹射器的总质量m₂=2kg,滑块与管内壁间的滑动摩擦力大小为0.1m₁g,滑块离开弹射器瞬间距离上管口的距离为L=2m,整个装置竖直静止在水平地面上。某次发射时,滑块离开弹射器后,经一段时间,能落回到弹射器位置,其上升过程的v-t图像如图乙所示,已知t₁=2s/11。忽略空气阻力,取重力加速度g=10m/s²。求:

摩擦力相关知识和题型(摩擦力的共速突变)(3)

(1)滑块离开弹射器瞬间的速度大小v₀;

(2)滑块从离开弹射器到落回到弹射器位置的总时间t总;(结果可用根号表示)

(3)若管和弹射器的总质量

m₂=0.05kg,则滑块离开弹射器后运动到上管口的时间t.(结果可用根号表示)

【规律总结】

若两接触面共速时,此时相对静止,关键看摩擦力能否维持相对静止,可以用假设法来推理论证,可能会发生共速突变,反之,摩擦力突变也是在共速时发生。

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