生活中的摩擦现象无处不在,离开摩擦现象人们将寸步难行。在动力学的发展历史上,摩擦力曾经把人的思维引入歧途,两千多年前,亚里士多德认为:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要静止在一个地方。直到三百多年前,伽利略才找到了有效的方法,得到了正确的论。摩擦力也是高考中的常见问题,准确判断摩擦力的有无、方向,并能计算出摩擦力数值,是解决涉及摩擦力问题的基本步骤,下面让我们一起来探究一下解决这些问题的方法。

摩擦力高中物理的分析与计算(高中物理题根之二摩擦力的分析和计算)(1)

寻根溯源 根题展现


摩擦力高中物理的分析与计算(高中物理题根之二摩擦力的分析和计算)(2)


方法总结·规律提炼

一、摩擦力定义:当一个物体在另一个物体的表面上做相对运动(或有相对运动的趋势)时,受到的阻碍相对运动(或阻碍相对运动趋势)的力叫摩擦力。

二、摩擦力产生条件:1.接触面粗糙;2.相互接触的物体间有弹力;3.接触面间有相对运动(或相对运动趋势)。

三、摩擦力的方向:

1.摩擦力的方向总跟接触面相切,并与相对运动(或者相对运动趋势)方向相反。

注意:摩擦力的方向可与实际运动方向相反,可以与实际运动方向可以相同,也可以成任意夹角。例如:

倾斜传送带上的物体被传到高处时,摩擦力的方向沿斜面向上,与运动方向相同。

在匀速上升的电梯中相对斜面静止的物体,受到的摩擦力沿斜面向上,与运动方向成一定角度。

摩擦力高中物理的分析与计算(高中物理题根之二摩擦力的分析和计算)(3)


摩擦力高中物理的分析与计算(高中物理题根之二摩擦力的分析和计算)(4)


2.摩擦力的效果:总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但并不总是阻碍物体的运动,可能是动力,也可能是阻力。

四、摩擦力的大小:

1.静摩擦力的大小:

①与相对运动趋势的强弱有关,趋势越强,静摩擦力越大。也就是说摩擦力会随着产生摩擦力的外力的增大而增大,或者会随着加速度的变化而变化,但不能超过最大静摩擦力。具体可由平衡条件或根据物体运动状态结合牛顿第二定律求解。

②静摩擦力的大小跟接触面相互挤压力无直接关系。

③最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,如无特殊说明,在中学阶段可认为它们数值相等。

2.滑动摩擦力的大小:

Ff=μFN,其中Ff表示滑动摩擦力大小,表示FN正压力的大小,μ叫动摩擦因数。

求滑动摩擦力主要关注正压力。

考场精彩·典例精析一、静摩擦力的方向和大小计算

【衍题1】如图所示,物体A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动,关于物体A所受的摩擦力,下列说法正确的是

A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相同

B.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相反

C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力

D.甲图中物体A不受摩擦力,乙图中物体A受摩擦力,方向和F方向相同

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【解析】对甲图:假设A受摩擦力→与A做匀速运动在水平方向合力为零不符→A不受摩擦力;对乙图:假设A不受摩擦力→A将相对B沿斜面向下运动,与A实际运动不符→A受摩擦力。

【答案】D

【点拨】判断摩擦力的有无,常采用假设法。即假设有或者假设没有,是否得出和运动状态相一致的结论,从而判断有无摩擦。

【衍题2】如图所示,质量为m的木块P在质量为M的长木板A上滑行,长木板放在水平地面上,一直处于静止状态。若长木板A与地面间的动摩擦因数为μ1,木块P与长木板A间的动摩擦因数为μ2,则长木板A受到地面的摩擦力大小为

A.μ1Mg B.μ1(m+M)g

C.μ2mg D.μ1Mg+μ2mg

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【解析】P在A上滑行,受到的是滑动摩擦力,由滑动摩擦力计算公式 Ff=μFN,可知P所受摩擦力为μ2mg。长木板静止,受到的是静摩擦力,由平衡条件可知,地面给A的摩擦力与P、A之间的摩擦力是一对平衡力。所以地面给A的摩擦力为μ2mg。答案选C。

【答案】C

【衍题3】如图所示,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.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

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【解析】B和A相对静止地一起做匀减速直线运动,则加速度大小、方向均恒定。方向与速度方向相反。因物体B具有水平向左的恒定加速度,则物体B受到的合外力水平向左且恒定;对物体B受力分析可知,物体B在水平方向受到的合外力就是物体A施加的静摩擦力。因此,物体B受到的摩擦力方向向左,且大小不变。

【答案】A

【总结】通过上面两个例子可以看出,静摩擦力的判断常常通过两种方式:

1、假设法:①假设接触面光滑→ 物体是否发生相对运动→由相对运动的方向确定静摩擦力的方向;②假设静摩擦力的方向→看物体的运动状态与已知条件有无矛盾→对假设的方向做出判断。

2.根据物体运动状态:如果物体处于平衡状态时,通过其他力和平衡条件确定静摩擦力的大小和方向;如果物体有加速度a时,则根据牛顿第二定律,确定静摩擦力和的大小和方向。

二、滑动摩擦力的分析和计算

衍题4

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答案 C

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点拨:正确分析压力是求解摩擦力的关键。

衍题5

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【点拨】解此题的思路和关键步骤:①研究对象的选取,整体法和隔离法的灵活运用;②隔离B,画受力分析图;③根据平衡条件在两个正交的方向上列方程。其中正确求解B物体上表面和下表面受到的压力是解题的关键。

【总结】

1.判断滑动摩擦力的存在与否相比静摩擦力简单一些.在三个前提条件(粗糙、相互挤压、有相对运动)均满足后,只要知道被研究的物体的相对滑动方向,滑动摩擦力方向应很容易找出来.

2.不管是平面还是斜面上,滑动摩擦力都由公式计算得出,其中是两物体表面间的正压力,切忌把重力当成,一般需根据平衡条件(或牛顿第二定律)加以确定。

三、临界条件下摩擦力的 突变

衍题6

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衍题7

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冲刺训练

1.大小相等的力F按如图所示的四种方式作用在相同的物体上,使物体能沿不同粗糙程度的水平面匀速运动,则物体与水平面间的摩擦力最大的是( )

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解析 根据物体的平衡条件有:fA=F,fB=Fcos 30°,fC=Fcos 30°,fD=Fcos 60°,知物体与水平面间的摩擦力最大的是A。

答案 A

2.如图2所示,木块放在水平地面上,在F=6 N的水平拉力作用下向右做匀速直线运动,速度为1 m/s。则下列说法中正确的是( )

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A.以1 m/s的速度做匀速直线运动时,木块受到的摩擦力大小为6 N

B.当木块以2 m/s的速度做匀速直线运动时,它受到的水平拉力大于6 N

C.当用8 N的水平拉力使木块运动时,木块受到的摩擦力为8 N

D.将水平拉力F撤去后,木块运动的越来越慢,木块受到的摩擦力越来越小

答案 A

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