相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,这时的摩擦力叫作静摩擦力.对于静摩擦力的学习,我们应该把握以下几点:

一.静摩擦力的发生

静摩擦力发生在相对静止的两物体间,相对静止指的是两接触面,不一定是整个物体,静摩擦力发生在两接触面间,受力物体的一个接触面只能发生一个静摩擦力.

例:猴子爬杆,动作是握住杆,猴子的巴掌皮和杆子表面是相对静止的,猴子和杆子发生的是静摩擦力,尽管猴子和杆子是相对运动的;人走路不打滑情况下,人相对地面是运动的,鞋底和地面是相对静止的,鞋底和地面之间发生滑动是走不了路的,滑冰不是走路,滑冰发生的是静滑动摩擦力;

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(1)

走路和滑冰

车轮不打滑,车轮与地面接触点,速度为零,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(2)

接触点与地面相对静止,但有相对运动趋势,想动而未动的状态,发生的是静摩擦力。

是静摩擦力还是滑动摩擦力,看两接触面是相对静止还是相对运动。

二.静摩擦力发生的条件

弹力、粗糙、相对运动趋势,三条件缺一不可,有摩擦力就一定有弹力;有弹力不一定有摩擦力,无弹力不摩擦,摩擦力建立在弹力基础上.

例:象棋大赛。在复盘讲解时,棋子被吸附在竖直放置的磁性棋盘上保持静止.为什么要用磁力?

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(3)

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(4)

有磁力才能确保有弹力,有弹力才能确保有摩擦力,并不是磁力使棋子不下落,而是静摩擦力.

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(5)

物体A靠在竖直墙面上,在力F的作用下,A、B保持静止.墙对A有静摩擦力吗?

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(6)

墙对A没有弹力,也就没有静摩擦力.

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(7)

竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P的斜面与固定挡板MN接触且处于静止状态,则斜面体P此刻所受的外力可能有(AC)

A.2个 B.3个 C.4个 D.5个

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(8)

三.静摩擦力的作用效果:

总是阻碍物体间的相对运动运动趋势。

致力于一件事:维持两物体的相对静止.有没有成功,看能力(最大静摩擦力).

若没有静摩擦力,这个世界凡是有运动趋势的物体都会运动 ,而且静止不下来.

四.静摩擦力的方向:

与接触面相切,与弹力垂直,与相对运动趋势方向相反,而非运动趋势,相对是指相对接触面,不是地面.

静摩擦力方向与运动方向无关,可以与速度方向相同(动力,做正功),也可以与速度方向相反(阻力,做负功),还可以与速度方向垂直(向心力,不做功).

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(9)

物体随转盘一起匀速转动

相对运动趋势方向有的明显,有的不明显,静摩擦力的方向应该怎么判断?

1.趋势明显直接看

例:静止在斜面上的物体

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(10)

例:推沙发推而未动

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(11)

2.趋势不明显看状态

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(12)

①用假设法判断

所谓相对运动趋势,是指“想要”发生相对运动,但是又没能发生相对运动的一种状态,即“蠢蠢欲动”。为什么没能发生相对运动?是因为受到了静摩擦力,所以静摩擦力的作用是阻止了相对运动的发生。如果没有了静摩擦力,相对运动就会发生,所以可以通过假设接触面光滑的方法来判断相对运动趋势,而静摩擦力的方向一定与物体相对运动趋势的方向相反。

相对运动趋势的方向就是假设光滑之后发生的相对运动方向.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(13)

例:人走路,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(14)

两只脚都受摩擦力,假设地面光滑,后脚蹬地必然后滑,故后脚相对地面有向后滑的运动趋势,所以后脚受地面的摩擦力是向前的;假设地面光滑,前脚踏地必然前滑,故前脚相对地面有向后前滑的运动趋势,所以前脚受地面的摩擦力是向前后的.

☞前脚向后,后脚向前.

例:行驶的自行车,车轮不打滑,地面给车轮的摩擦力,方向是向前的还是向后的?

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(15)

假设地面光滑,前轮不转,只随车平动,相对运动趋势方向向前,所以前轮受地面静摩擦力向后;假设地面光滑,车不能运动了,后轮空转,相对运动趋势方向向后,所以后轮受地面静摩擦力向后前。

『换一角度理解』地面对主动轮(驱动轮)的摩擦力方向是与车轮转动方向相反的,与车身运动方向相同的;地面对从动轮(被动轮)的摩擦力是与车轮转动方向相同的,与车身运动方向相反的。

车轮被抱死(车轮不转了),车子仍在滑行运动,车轮和地面的摩擦力是滑动摩擦力,方向向后.

当停止蹬车依靠惯性滑行或者人行走推行自行车时,前后轮都是被动轮,地面对它们产生的摩擦力都是向后的.

☞有的汽车与自行车不一样,是前驱或四驱,自行车是后驱。前轮如果不转的话自行车也能走,独轮自行车也能走。

[what]为什么高档的越野车是四驱的?

☞前轮向后,后轮向前.

例:如图所示的皮带传动装置中,O₁是主动轮,O₂是从动轮,A、B分别是皮带上与两轮接触的点,C、D分别是两轮边缘与皮带接触的点(为清楚起见,图中将两轮与皮带画得略微分开,而实际上皮带与两轮是紧密接触的).当O₁顺时针启动时,若皮带与两轮不打滑,则A、B、C、D各点所受静摩擦力的方向分别是(C)

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(16)

A.向上,向下,向下,向上

B.向下,向上,向上,向下

C.向上,向上,向下,向下

D.向下,向下,向上,向上

②用平衡条件判断

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(17)

a.用合力为零的平衡条件

例:质量均为m的5块砖被夹在两竖直夹板之间,处于静止状态,如图,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(18)

试求砖3对砖2的静摩擦力。

砖2对砖3相对运动趋势方向非常不明显,用“趋势法”无法判断.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(19)

例:小强同学某次锻炼身体时,沿竖直杆上爬,若他上爬过程中的某一段运动可以看作是匀速直线运动,则这段过程中(A )

A. 杆对他的摩擦力和他受到的重力是一对平衡力

B. 他对杆的压力和他受到的重力是一对平衡力

C. 杆对他的摩擦力和他受到的重力合力方向竖直向下

D. 杆对他的摩擦力和他受到的重力合力方向竖直向上

解析:部分同学认为人向上爬杆,摩擦力阻碍人向上运动,摩擦力的方向向下,没有从根本上理解摩擦力产生的实质,无论是人向上匀速爬杆还是沿杆匀速下滑,人握紧杆是向下用力,手相对于杆来说有一个向下运动的趋势,由于摩擦力阻碍物体的相对运动趋势,摩擦力的方向向上,大小等于人的重力,所以杆对人的摩擦力和人受到的重力是一对平衡力。

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(20)

物体A置于倾斜的传送带上,它能随传送带一起向上或向下做匀速运动,下列关于物体A在上述两种情况下的受力描述,正确的是(D)

A.物体A随传送带一起向上运动时,A所受的摩擦力沿斜面向下

B.物体A随传送带一起向下运动时,A所受的摩擦力沿斜面向下

C.物体A随传送带一起向下运动时,A不受摩擦力作用

D.无论物体A随传送带一起向上还是向下运动,传送带对物体A的作用力均相同

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(21)

物体A、B叠放在物体C上,C置于水平地面上,水平力F作用于B,使A、B、C一起匀速运动,各接触面间摩擦力的情况是(A)

A.B对C有向右的摩擦力

B.C对A有向左的摩擦力

C.物体C受到三个摩擦力作用

D.C对地面有向左的摩擦力

b.用合力矩为零的平衡条件

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(22)

不可伸长的轻绳将一个均匀的、重为G的球悬于竖直墙上的A点,球静止,绳系在球上的C点。试分析球与竖直墙面间的静摩擦力方向。

以球心为支点,合力矩为零。情形一:轻绳不过球心(重心)

重力G和支持力N均过球心,力矩为零,所以,静摩擦力的力矩与绳子拉力的力矩大小相等、方向相反,因此B处的静摩擦力方向一定竖直向上,产生逆时针方向力矩,与绳的拉力T产生的顺时针力矩平衡。

情形二:轻绳过球心(重心)

重力G、支持力N和轻绳拉力T均过球心,力矩为零,所以,静摩擦力为零。

例:物体b在力F作用下将物体a压向竖直墙壁,如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(23)

a处于静止状态,则关于a受的摩擦力有几个?

根据力矩平衡判断b对a一定有摩擦力,竖直墙对a也一定具有摩擦力,总的有2个.

③用牛顿第二定律判断

力是产生加速度的原因,物体在沿着接触面上具有加速度,但没有其它力,那必定就是摩擦力产生的加速度.

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(24)

A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中,B受到的摩擦力(A)

A.方向向左,大小不变

B.方向向左,逐渐减小

C.方向向右,大小不变

D.方向向右,逐渐减小

B和A保持相对静止向左做匀减速运动,加速度向左,B的加速度只能靠静摩擦力产生,静摩擦力向左,大小为f=ma.

例:物体随转盘一起做匀速圆周运动,物体受静摩擦力方向.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(25)

物体随转盘一起转动,和转盘保持相对静止,静摩擦力充当向心力,静摩擦力指向圆心.值得注意的是物体相对转盘运动趋势方向是沿半径向外,并非速度的反方向,相对运动趋势方向要相对接触面,而不是地面.

【实验验证】

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(26)

竖直软杆向右弯

④用牛顿第三定律判断

先确定受力比较简单的物体所受静摩擦力方向,再由牛顿第三定律确定另一物体所受静摩擦力方向.

例:前面骑自行车问题,地面上放一木板,假设木板与地面的接触面是光滑的,把自行车后轮置于木板上,前轮在地面上,踩动自行车踏板,木板向后运动,而自行车并不向前移动,说明木板受到了向后的静摩擦力。根据牛顿第三定律,后轮受到向前的静摩擦力。再把木板放在前轮下面,后轮在地面上,假设木板与地面的接触面是光滑的,踩动踏板,木板和前轮一起向前运动,但前轮不转,说明木板受到了向前的静摩擦力,而前轮受到了向后的静摩擦力。

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(27)

有三个相同的物体叠放在一起,置于粗糙的水平地面上,现用水平力F作用在B上,三个物体仍然静止,下列说法中正确的是(CD)

A.B对A有摩擦力作用

B.B受到A、C的摩擦力作用

C.B只受到C的摩擦力作用

D.地面对C有摩擦力作用,大小等于F

先从受力最简单的A分析,A保持静止,B对A无摩擦力,则A对B无摩擦力,

⑤根据静摩擦力的作用效果

静摩擦力的目的是“在一起”,为了维持相对静止而存在.可谓在“天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝”,“比翼双飞,比目连枝”.

超过能力范围(最大静摩擦力),仍在“最后挣扎”,变成了滑动摩擦力,但也只能“无可奈何,望洋兴叹”,可谓“大难来临各自飞”.

例:沿水平向右匀加速运动的斜面体A上,有物体B相对于斜面静止,如图所示.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(28)

斜面的倾角为α,A、B之间接触面糙糙,下列关于A、B之间摩擦力的说法正确的是()

(A)B一定受到A对它的摩擦力作用

(B)A、B之间可能无摩擦力

(C)A对B的摩擦力方向可能沿斜面向上,也可能沿斜面向下

(D)B受到的摩擦力方向只能沿斜面向上,不可能沿斜面向下

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(29)

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(30)

物体静止置于斜面上,使用水平外力F去推物体,当外力F从零而逐步提升时,该物体一直会保持静止状态,请说明这一过程此物体所承受的摩擦力该发生如何改变?

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(31)

例:如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(32)

传送带与水平面夹角为37°,并以v=10m/s运行,在传送带的A端轻轻放一个小物体,物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,AB长L=16m,求:以下两种情况下物体从A到B所用的时间(g=10m/s²).

(1)传送带顺时针方向转动;

(2)传送带逆时针方向转动.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(33)

【静摩擦力有无及方向判断总结】

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(34)

1.趋势明显直接看.

2.趋势不明看状态.

(1)用假设法

(2)平衡状态用平衡条件.

平衡条件:①合力为零②合力矩为零.

(3)动力状态用牛顿第二定律.

(4)多个物体用牛顿第三定律辅助判断.

3.根据状态看供需.

五.静摩擦力大小

静摩擦力是被动力(自适应性),静摩擦力的大小必须根据平衡条件或牛顿第二定律推理计算,动摩是主动力,静摩是被动力,动摩套公式,静摩看状态.静摩擦力有最大值叫最大静摩擦力.

六.静摩擦力和最大静摩擦力

最大静摩擦力不是力,更不是物体的受力,只是静摩擦力的最大值.

最大静摩擦力与接触面弹力成正比(fm=μ₀FN),最大静摩擦力随弹力的增长而增长,随弹力的减小而减小.

高中阶段一般认为滑动摩擦力和最大静摩擦力相等,这就是通常题目中有取最大静摩擦力等于滑动摩擦力的原因.

如图甲,一个重物静止放在粗糙的水平,现受到拉力F作用,f随着拉力F增大而逐渐增大,某一时刻物体由静止变为运动,则物体受到的摩擦力f随拉力F变化如图乙所示,静止时摩擦力f随着拉力F的增加而增加,并且f=F;当物体运动后受到的摩擦力只跟μ和N有关,不再随外力变化.

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(35)

例:手握酒瓶悬空,用力握紧,无论用多大力,静摩擦力不变,最大静摩擦力增大(静摩擦力的最大值增大),只是提高了酒瓶防掉的安全性;

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(36)

鞋底各种不同形状的防滑设计,就是为了增大最大静摩擦力,静摩擦力是否增大要看相对运动趋势的剧烈程度,提高走路时的安全性和稳定性.

七.静摩擦力做功问题

静摩擦力力对单个物体可以做正功,也可以做负功,还可以不做功,对发生静摩擦力的两个物体组成的系统不做功,即静摩擦力不生热,也不会留下划痕.

一对静摩擦力是作用力与反作用力,它们大小相等、方向相反且在同一直线上,又由于静摩擦力存在于两个相对静止的物体之间,这两个物体位移始终相同,所以一对静摩擦力做功大小总是相等,一正一负,做功之和一定为零。

一对滑动摩擦力既然是作用力与反作用力,大小相等、方向相反,但是滑动摩擦力存在于两个发生相对运动的物体之间,这两个物体位移的大小一定不相等,方向也不一定相反,它们做功之和一定不为零,因为摩擦生热,根据能量转化和守恒定律,这一对滑动摩擦力做功之和一定为负功,表示物体的一部分动能转化为物体的内能。

八.静摩擦力常见误区

1.认为静摩擦力作用的物体一定静止.

2.认为运动的物体间一定有摩擦力,静止的物体间不存在摩擦力。

3.认为只有有推力或拉力作用时才有静摩擦力.

4.认为静摩擦力一定与运动方向在同一直线上.

5.认为静摩擦力大小与弹力成正比.

6认为.摩擦力总是阻碍物体的运动.

7.认为静摩擦力不做功,滑动摩擦力做负功.

九.生活中的静摩擦力

静摩擦力是很常见的。如人走路就是受到向前的静摩擦力的作用(人的脚跟相对于地面有向后的趋势,脚跟一离地,没有动力也就没静摩擦),如汽车的车轮,滚动摩擦实质上就是静摩擦)静摩擦力的大小只能根据物体现在所处的运动状态(平衡或是加速),由平衡条件和牛顿定律来求解,与正压力无关(与最大静摩擦力不同)。例如,拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落,就是静摩擦力作用的结果。能把线织成布,把布缝制成衣服,也是靠纱线之间的静摩擦力的作用。静摩擦力在生产技术中的应用也很多。例如,皮带运输机是靠货物和传送皮带之间的静摩擦力把货物送往别处。 还有,自行车、汽车主动轮与地面之间的摩擦力也属于静摩擦力,也就是说,滚动摩擦力也属于静摩擦力。

十.实验体验

判断静摩擦力的方向

在解决有关摩擦力的问题时,也许你感到判断静摩擦力的方向比较困难。因为两个物体之间没有产生相对运动,所以想象起来是不容易的。通过下面的实验可以帮助你找到一种方法。

取边长为10厘米左右的薄木板或硬纸板,图钉,适当的重物(如秤锤或小砖块),线、鞋刷(或牙刷)2只等备用。

实验1:把许多图钉均匀地钉在薄板上,要求图钉穿过薄板使钉尖露出,再把重物用线捆在薄板上,如图所示。

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(37)

实验时,将它们放在手掌上,使钉尖与掌心接触,然后轻拉木板(保持木板不动),再改变拉力的方向,多次实验,你就会感受到上面的物体对你的手掌所产生的静摩擦力的方向。将手掌突然启动,再骤然停止,或者匀速地托着物体运动,在这三种情况下,你的手掌的感觉有什么区别吗?

实验2:将一只鞋刷刷毛向下地放在粗糙的平面上,用手水平地推鞋刷,观察一下刷毛向什么方向弯曲;把鞋刷翻一个身,使刷毛向上,把另一个表面粗糙的物体放在刷毛上,水平推这个物体,看刷毛向什么方向弯曲。也可以用两只鞋刷,使刷毛相对地放在一起,推其中的一只鞋刷,在不产生持续滑动的情况下,观察刷毛的形状有什么变化。从这些观察中,你可以判断各自所受的静摩擦力的方向。如图所示。

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(38)

通过上面的实验,教给你一种判断静摩擦力方向的方法,就是当物体间存在有相对运动趋势时,你可以设想它们的接触面将发生怎样的形变,某物体所受的静摩擦力的方向就是促使它产生形变的方向。

【练习】

1.如图甲、乙所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(39)

物体A、B在力F作用下一起以相同的速度沿F方向匀速运动,关于物体受到的摩擦力,下列说法正确的是(D)

A.两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相同

B.两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相反

C.两图中物体A均不受摩擦力

D.图甲中物体A不受摩擦力,图乙中物体A受摩擦力,方向和F相同

2.下列情景中,物体M所受摩擦力Ff的示意图正确的是(B)

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(40)

3.如图所示,

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(41)

白板水平放置在地面上,在白板上用磁钉吸住一张彩纸,向右轻轻拉彩纸,未拉动,对这情景受力分析正确的是(C)

A.磁钉受到向右的摩擦力

B.磁钉受到向左的摩擦力

C.彩纸受到白板向左的摩擦力

D.白板受到地面向右的摩擦力

4.判断图中物体A是否受摩擦力作用?若有,判断A受的摩擦力是静摩擦还是动摩擦?沿什么方向?(尝试用多种方法判断)

静摩擦力的影响因素是(静摩擦力有关问题)(42)

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