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摩擦力高中物理的分析與計算

教育 更新时间:2024-12-24 00:18:11

生活中的摩擦現象無處不在,離開摩擦現象人們将寸步難行。在動力學的發展曆史上,摩擦力曾經把人的思維引入歧途,兩千多年前,亞裡士多德認為:必須有力作用在物體上,物體才能運動;沒有力的作用,物體就要靜止在一個地方。直到三百多年前,伽利略才找到了有效的方法,得到了正确的論。摩擦力也是高考中的常見問題,準确判斷摩擦力的有無、方向,并能計算出摩擦力數值,是解決涉及摩擦力問題的基本步驟,下面讓我們一起來探究一下解決這些問題的方法。

摩擦力高中物理的分析與計算(高中物理題根之二摩擦力的分析和計算)1

尋根溯源 根題展現


摩擦力高中物理的分析與計算(高中物理題根之二摩擦力的分析和計算)2


方法總結·規律提煉

一、摩擦力定義:當一個物體在另一個物體的表面上做相對運動(或有相對運動的趨勢)時,受到的阻礙相對運動(或阻礙相對運動趨勢)的力叫摩擦力。

二、摩擦力産生條件:1.接觸面粗糙;2.相互接觸的物體間有彈力;3.接觸面間有相對運動(或相對運動趨勢)。

三、摩擦力的方向:

1.摩擦力的方向總跟接觸面相切,并與相對運動(或者相對運動趨勢)方向相反。

注意:摩擦力的方向可與實際運動方向相反,可以與實際運動方向可以相同,也可以成任意夾角。例如:

傾斜傳送帶上的物體被傳到高處時,摩擦力的方向沿斜面向上,與運動方向相同。

在勻速上升的電梯中相對斜面靜止的物體,受到的摩擦力沿斜面向上,與運動方向成一定角度。

摩擦力高中物理的分析與計算(高中物理題根之二摩擦力的分析和計算)3


摩擦力高中物理的分析與計算(高中物理題根之二摩擦力的分析和計算)4


2.摩擦力的效果:總是阻礙物體間的相對運動(或相對運動趨勢),但并不總是阻礙物體的運動,可能是動力,也可能是阻力。

四、摩擦力的大小:

1.靜摩擦力的大小:

①與相對運動趨勢的強弱有關,趨勢越強,靜摩擦力越大。也就是說摩擦力會随着産生摩擦力的外力的增大而增大,或者會随着加速度的變化而變化,但不能超過最大靜摩擦力。具體可由平衡條件或根據物體運動狀态結合牛頓第二定律求解。

②靜摩擦力的大小跟接觸面相互擠壓力無直接關系。

③最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力,如無特殊說明,在中學階段可認為它們數值相等。

2.滑動摩擦力的大小:

Ff=μFN,其中Ff表示滑動摩擦力大小,表示FN正壓力的大小,μ叫動摩擦因數。

求滑動摩擦力主要關注正壓力。

考場精彩·典例精析一、靜摩擦力的方向和大小計算

【衍題1】如圖所示,物體A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向勻速運動,關于物體A所受的摩擦力,下列說法正确的是

A.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力,且方向均與F相同

B.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力,且方向均與F相反

C.甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力

D.甲圖中物體A不受摩擦力,乙圖中物體A受摩擦力,方向和F方向相同

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【解析】對甲圖:假設A受摩擦力→與A做勻速運動在水平方向合力為零不符→A不受摩擦力;對乙圖:假設A不受摩擦力→A将相對B沿斜面向下運動,與A實際運動不符→A受摩擦力。

【答案】D

【點撥】判斷摩擦力的有無,常采用假設法。即假設有或者假設沒有,是否得出和運動狀态相一緻的結論,從而判斷有無摩擦。

【衍題2】如圖所示,質量為m的木塊P在質量為M的長木闆A上滑行,長木闆放在水平地面上,一直處于靜止狀态。若長木闆A與地面間的動摩擦因數為μ1,木塊P與長木闆A間的動摩擦因數為μ2,則長木闆A受到地面的摩擦力大小為

A.μ1Mg B.μ1(m+M)g

C.μ2mg D.μ1Mg+μ2mg

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【解析】P在A上滑行,受到的是滑動摩擦力,由滑動摩擦力計算公式 Ff=μFN,可知P所受摩擦力為μ2mg。長木闆靜止,受到的是靜摩擦力,由平衡條件可知,地面給A的摩擦力與P、A之間的摩擦力是一對平衡力。所以地面給A的摩擦力為μ2mg。答案選C。

【答案】C

【衍題3】如圖所示,A、B兩物塊疊放在一起,在粗糙的水平面上保持相對靜止地向右做勻減速直線運動,運動過程中B受到的摩擦力

A.方向向左,大小不變 B.方向向左,逐漸減小

C.方向向右,大小不變 D.方向向右,逐漸減小

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【解析】B和A相對靜止地一起做勻減速直線運動,則加速度大小、方向均恒定。方向與速度方向相反。因物體B具有水平向左的恒定加速度,則物體B受到的合外力水平向左且恒定;對物體B受力分析可知,物體B在水平方向受到的合外力就是物體A施加的靜摩擦力。因此,物體B受到的摩擦力方向向左,且大小不變。

【答案】A

【總結】通過上面兩個例子可以看出,靜摩擦力的判斷常常通過兩種方式:

1、假設法:①假設接觸面光滑→ 物體是否發生相對運動→由相對運動的方向确定靜摩擦力的方向;②假設靜摩擦力的方向→看物體的運動狀态與已知條件有無矛盾→對假設的方向做出判斷。

2.根據物體運動狀态:如果物體處于平衡狀态時,通過其他力和平衡條件确定靜摩擦力的大小和方向;如果物體有加速度a時,則根據牛頓第二定律,确定靜摩擦力和的大小和方向。

二、滑動摩擦力的分析和計算

衍題4

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答案 C

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點撥:正确分析壓力是求解摩擦力的關鍵。

衍題5

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【點撥】解此題的思路和關鍵步驟:①研究對象的選取,整體法和隔離法的靈活運用;②隔離B,畫受力分析圖;③根據平衡條件在兩個正交的方向上列方程。其中正确求解B物體上表面和下表面受到的壓力是解題的關鍵。

【總結】

1.判斷滑動摩擦力的存在與否相比靜摩擦力簡單一些.在三個前提條件(粗糙、相互擠壓、有相對運動)均滿足後,隻要知道被研究的物體的相對滑動方向,滑動摩擦力方向應很容易找出來.

2.不管是平面還是斜面上,滑動摩擦力都由公式計算得出,其中是兩物體表面間的正壓力,切忌把重力當成,一般需根據平衡條件(或牛頓第二定律)加以确定。

三、臨界條件下摩擦力的 突變

衍題6

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衍題7

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1.大小相等的力F按如圖所示的四種方式作用在相同的物體上,使物體能沿不同粗糙程度的水平面勻速運動,則物體與水平面間的摩擦力最大的是( )

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解析 根據物體的平衡條件有:fA=F,fB=Fcos 30°,fC=Fcos 30°,fD=Fcos 60°,知物體與水平面間的摩擦力最大的是A。

答案 A

2.如圖2所示,木塊放在水平地面上,在F=6 N的水平拉力作用下向右做勻速直線運動,速度為1 m/s。則下列說法中正确的是( )

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A.以1 m/s的速度做勻速直線運動時,木塊受到的摩擦力大小為6 N

B.當木塊以2 m/s的速度做勻速直線運動時,它受到的水平拉力大于6 N

C.當用8 N的水平拉力使木塊運動時,木塊受到的摩擦力為8 N

D.将水平拉力F撤去後,木塊運動的越來越慢,木塊受到的摩擦力越來越小

答案 A

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