精品高考物理双基突破专题08摩擦力精讲.docx
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精品高考物理双基突破专题08摩擦力精讲
专题八摩擦力(精讲)
一、滑动摩擦力
1.滑动摩擦力的定义与条件
()1定义:
一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动时,所受到的阻碍它相对滑动的力。
(2)产生的条件:
①相互接触,接触面不光滑;②接触处有弹力;③两物体间存在相对运动。
说明:
三个条件缺一不可,特别要注意“相对”的理解。
2.滑动摩擦力的方向
(1)方向:
与接触面相切,与物体接触面之间的弹力方向垂直,并且跟物体相对运动的方向相反。
(2)区别:
“相对运动趋势方向”、“相对运动方向”和“运动方向”
①“相对运动趋势方向”是指物体有相对于参考物体沿某个方向运动的倾向,而实际上不一定沿该方向运动,可理解为“如果物体不受静摩擦力作用时的运动方向”。
②“相对运动方向”通常是指物体相对于参考物体运动的方向,在研究摩擦力时此参考物体一般指摩擦力的施力物体。
③“运动方向”通常是指物体相对于地面运动的方向。
如用传送带匀速向上传送物体,若不受摩擦力物体将会沿传送带滑下,故物体有“沿传送带向下运动的趋势”,实际上并没有沿传送带向下运动,物体相对于传送带是静止的,而物体的运动方向是斜向上的。
如图所示,木块B在长木板A上运动,A在水平面上运动。
若v1>v2,则B相对A向右运动,B受到方向向左的滑动摩擦力f1作用,此时滑动摩擦力f1的方向与运动方向相反;若v1 (3)作用效果: 总是阻碍物体间的相对运动,但不一定阻碍物体的运动。 它可以是动力(和运动方向相同、做正功),也可以是阻力(和运动方向相反、做负功)。 3.滑动摩擦力大小的计算 (1)公式法: F=μFN。 【题1】三个质量相同的物体,与水平桌面的动摩擦因数相同,由于所受的水平力不同,A做匀速运动,B做加速运动,C做减速运动,那么,它们受到的摩擦力的大小关系应是 A.FC>FA>FB B.FC C.FA=FB=FCD.不能比较大小 【答案】C 【解析】由F=μFN知F的大小只与μ和FN有关,与物体的运动状态无关,故C正确。 计算摩擦力时的三点注意 ①首先分清摩擦力的性质,因为只有滑动摩擦力才有公式F=μFN,静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿定律来求解; ②公式Ff=μFN中的FN为两接触面间的正压力,与物体的重力没有必然联系,不一定等于物体的重力;μ为动摩擦因数,与材料和接触面的粗糙程度有关,与接触面积、速度大小均无关。 ③滑动摩擦力的大小与接触面的大小、物体运动的速度和加速度无关,只由动摩擦因数和正压力两个因素决定。 (2)状态法: 若μ未知,可结合物体的运动状态和其他受力情况,利用平衡条件或牛顿第二定律求解滑动摩擦力的大小。 【题2】如图所示,物体B叠放在物体A上,A、B的质量均为m,且上、下表面均与斜面平行,它们以共同速度沿倾角为θ的固定斜面C匀速下滑,则 A.A、B间没有静摩擦力 B.A受到B的静摩擦力方向沿斜面向上 C.A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinθ D.A与B间的动摩擦因数μ=tanθ 【答案】C 【题3】一块质量均匀分布的长方体木块按图甲、乙、丙所示的三种方式在同一水平面上运动,其中甲图中木块做匀速运动,乙图中木块做匀加速运动,丙图中木块侧立在水平面上做与甲图相同的运动。 则下列关于甲、乙、丙三图中木块所受滑动摩擦力大小关系的判断正确的是 A.Ff甲=Ff乙 C.Ff甲=Ff乙=Ff丙D.Ff丙 【答案】C 二、静摩擦力 1.静摩擦力的定义与条件 (1)定义: 两个相互接触而保持相对静止的物体,当它们之间存在相对运动趋势而没有相对运动时,在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对运动趋势的力,这种力叫做静摩擦力。 对定义中关键词的理解: ①“相对静止”有两层含义: 一是两个物体都静止,二是两个物体都做方向相同、速度相同的运动。 ②“相对运动趋势”是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能,但还处于相对静止状态。 相对运动趋势既可由外力引起,也可由接触物体的运动状态发生改变而引起,如图所示的箱子静置于在水平公路上行驶的平板车上,显然箱子在水平方向上不受其他外力的作用,当平板车匀速前进时,箱子与平板车之间没有相对运动趋势,故无静摩擦力。 当平板车加速、减速、转弯时,箱子相对于平板车分别有向后、向前、向外的相对运动趋势。 ③“阻碍”: 说明了静摩擦力的作用效果,阻碍物体间的相对运动趋势.静摩擦力既可与物体的运动方向相同作动力,也可与物体的运动方向相反作阻力。 (2)产生条件: ①两物体相互接触,接触面不光滑;②接触处有弹力;③两物体相对静止(两物体间没有位置变化)但存在相对运动趋势。 只有以上三个条件同时满足,才能确定静摩擦力的存在。 2.静摩擦力的方向 (1)总是跟接触面相切,并且跟物体相对运动趋势的方向相反,与物体接触面之间的弹力方向垂直。 “相对运动趋势”指的是静摩擦力的受力物体相对于施力物体的运动趋势。 但不一定阻碍物体的运动。 (2)作用效果: 总是阻碍物体间的相对运动趋势,但不一定阻碍物体的运动。 它可以是动力(和运动方向相同、做正功),也可以是阻力(和运动方向相反、做负功),还可能和运动方向垂直(不做功)。 或与运动方和成一夹角。 (3)绝对不能认为: 静止的物体受到的摩擦力是静摩擦力,运动物体受到的摩擦力是滑动摩擦力。 静摩擦力是相对静止的物体之间的摩擦力,受静摩擦力作用的物体不一定静止。 但一定与施力物体保持相对静止。 【题4】下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中,正确的是 A.静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反 B.静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同 C.静摩擦力的方向既可能与物体的运动方向相反,也可能与物体的运动方向相同 D.静止的物体所受静摩擦力一定为零 【答案】C 【题5】(多选)人握住旗杆匀速上爬,则下列说法正确的是 A.人受到的摩擦力的方向是沿杆向下的 B.人受到的摩擦力的方向是沿杆向上的 C.人握旗杆用力越大,人受的摩擦力也越大 D.人握旗杆用力越大,并不会使人受的摩擦力增大 【答案】BD 【解析】人的手与旗杆是相对静止的,人受到的是静摩擦力,方向沿杆向上,由二力平衡可知,摩擦力大小始终等于人的重力大小,故B、D正确。 3.静摩擦力大小计算 静摩擦力大小没有确定的取值,也无确定的运算公式,只能在零到最大值之间取值,等于使物体产生相对运动趋势的外力的大小。 与相对运动趋势的强弱有关,趋势越强,静摩擦力越大,但不能超过最大静摩擦力,即0≤f≤fm。 跟接触面相互挤压力FN无直接关系。 具体大小可由物体的运动状态结合动力学规律求解。 静摩擦力只能应用平衡条件或牛顿第二定律求解。 (1)利用力的平衡条件来求解其大小: 若物体处于平衡状态,分析沿接触面其它力(除静摩擦力)的合力,若合力为零,则静摩擦力不存在;若合力不为零,一定存在静摩擦力,且静摩擦力的大小等于合力,方向与合力方向相反。 (2)若物体处于非平衡状态,则利用牛顿运动定律来判断静摩擦力的有无、方向及大小。 物体有加速度时,若只有摩擦力,则Ff=ma。 若除摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求摩擦力。 (3)最大静摩擦力fmax。 是物体将要发生相对运动这一临界状态时的摩擦力。 ①fmax略大于滑动摩擦力Ff,为方便起见,解题时如无特殊说明,可认为fmax=Ff。 ②fmax的数值跟相互接触的两物体的材料、接触面的粗糙程度有关,跟正压力成正比,但静摩擦力的数值与正压力大小不成正比。 【题6】如图所示,质量为m的木块在质量为M的木板上滑行,木板与地面间的动摩擦因数为μ1,木块与木板间的动摩擦因数为μ2,木板一直静止,那么木板所受地面的摩擦力大小为 A.μ1MgB.μ2mgC.μ1(m+M)gD.μ1Mg+μ2mg 【答案】B 【题7】如图所示,小车的质量为m0,人的质量为m,人用恒力F拉绳,若人和小车保持相对静止,不计绳和滑轮质量及小车与地面间的摩擦,则小车对人的摩擦力可能是 A.0 B. F,方向向右 C. F,方向向左D. F,方向向右 【答案】ACD 【解析】假设小车对人的静摩擦力方向向右,先对整体分析受力有2F=(m0+m))a,再隔离出人,对人分析受力有F-Ff=ma,解得Ff= F,若m0>m,则和假设的情况相同,D正确;若m0=m,则静摩擦力为零,A正确;若m0 【题8】一质量为m的小物体在水平推力F的作用下,静止在质量为M的梯形木块的左上方,梯形木块在水平地面上保持静止,如图所示,下列说法正确的是 A.小物体可能受三个力的作用 B.梯形木块与小物体间的弹力可能为零 C.地面与梯形木块间的摩擦力大小为F D.地面对梯形木块的支持力小于(m+M)g 【答案】AC 【题9】如图所示,两个等大反向的水平力F分别作用在物体B、C上,物体A、B、C都处于静止状态,各接触面与水平地面平行。 物体A、C间的摩擦力大小为Ff1,物体B、C间的摩擦力大小为Ff2,物体C与地面间的摩擦力大小为Ff3,则 A.Ff1=0,Ff2=0,Ff3=0B.Ff1=0,Ff2=F,Ff3=0 C.Ff1=F,Ff2=0,Ff3=0D.Ff1=0,Ff2=F,Ff3=F 【答案】B 【解析】首先从整体的角度考虑,由于是两个等大、反向的力分别作用在系统上,所以物体C与地面间的摩擦力大小Ff3=0;其次分析物体A的受力情况,物体A静止于物体C上,所以物体A、C间的摩擦力大小Ff1也为零;最后分析物体B的受力情况,显而易见,物体B、C间的摩擦力大小Ff2=F。 4.关于计算摩擦力大小的三点注意 (1)首先分清所求的是静摩擦力还是滑动摩擦力。 (2)在分析两个或两个以上物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析。 (3)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面积的大小无关。 【题10】(多选)如图所示,质量为m的木块在质量为M的长木板上,受到向右的拉力F的作用而向右滑行,长木板处于静止状态,已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数为μ2。 下列说法正确的是 A.木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mg B.木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m+M)g C.当F>μ2(m+M)g时,木板便会开始运动 D.无论怎样改变F的大小,木板都不可能运动 【答案】AD 【题11】(多选)如图甲、乙所示,倾角为θ的斜面上放置一滑块M,在滑块M上放置一个质量为m的物块,M和m相对静止,一起沿斜面匀速下滑,下列说法正确的是 A.图甲中物块m受到摩擦力 B.图乙中物块m受到摩擦力 C.图甲中物块m受到水平向左的摩擦力 D.图乙中物块m受到与斜面平行向上的摩擦力 【答案】BD 【解析】对图甲: 设m受到摩擦力,则物块m受到重力、支持力、摩擦力,而重力、支持力平衡,若受到摩擦力作用,其方向与接触面相切,方向水平,则物体m受力将不平衡,与题中条件矛盾,故假设不成立,A、C错误。 对图乙: 设物块m不受摩擦力,由于m匀速下滑,m必受力平衡,若m只受重力、支持力作用,由于支持力与接触面垂直,故重力、支持力不可能平衡,则假设不成立,由受力分析知: m受到与斜面平行向上的摩擦力,B、D正确。 (3)静摩擦力的有无及方向的判断方法 静摩擦力的方向沿着两物体接触面的切线,与相对运动趋势的方向相反,而相对运动趋势的方向又难以判断,这就使静摩擦力方向的判断成为一个难点。 判断静摩擦力的方向常用下列方法: 方法1: 假设法——假设法有两种,一种是假设物体间接触面光滑,若物体间不发生相对滑动,则物体间无相对运动趋势,故无静摩擦力作用;若物体间发生相对滑动,则物体间有相对运动趋势,故有静摩擦力作用,其方向与相对运动趋势的方向相反。 另一种是假设摩擦力存在,看所研究物体是否改变原来的运动状态。 方法2: 状态法——根据平衡条件、牛顿第二定律,判断静摩擦力的方向。 首先弄清物体运动状态(是平衡状态,加速或减速状态),分析出除摩擦力外的其它力,看是否能维持这个运动状态,若不能维持,说明一定受摩擦力,根据平衡条件或牛顿定律,即可判断出静摩擦力的方向。 应用“状态法”解题时应注意的问题 状态法是分析判断静摩擦力有无及方向、大小的常用方法,用该方法可以不必分析物体相对运动的趋势,使模糊不清的问题明朗化,复杂的问题简单化.在使用状态法处理问题时,需注意以下两点: ①明确物体的运动状态,分析物体的受力情况,根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向。 ②静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系,可能相同,也可能相反,还可能成一定的夹角。 【题12】如图所示,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 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 【答案】D 【题13】如图,倾角为θ的斜面体C置于水平地面上,小物体B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接,连接B的一段细绳与斜面平行,已知A、B、C都处于静止状态,则 A.B受C的摩擦力一定不为零 B.C受地面的摩擦力一定为零 C.C有沿地面向右滑的趋势,一定受到地面向左的摩擦力 D.将细绳剪断而B依然静止在斜面上,此时地面对C的摩擦力水平向左 【答案】C 方法3: 牛顿第三定律法——先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断。 此法关键是抓住“力是成对出现的”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“相互作用”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。 【题14】位于斜面上的物体m在沿斜面向上的力F的作用下,处于静止状态,则斜面作用于物块的静摩擦力的方向 A.沿斜面向上B.沿斜面向下 C.可能没有摩擦力D.以上三种情况都有可能 【答案】D 【解析】物体受到重力G、支持力N、推力F的作用,由于它们的大小关系不确定,必须讨论几种情 说明: 运动趋势的方向的判断可用假设法: 假设无摩擦,看所受合力的方向,合力的方向向哪,则运动趋势的方向就向哪。 三、对摩擦力的进一步理解 正确理解动摩擦力和静摩擦力中的“动”与“静”的含义。 “动”和“静”是指研究对象相对于跟它接触的物体而言的,而不是相对于地面的运动和静止,所以受滑动摩擦力作用的物体可能是静止的,反之,受静摩擦力作用的物体可能是运动的。 误区一: 有弹力就有摩擦力,有摩擦力就有弹力 从产生摩擦力的条件可知: 有弹力存在仅仅是产生摩擦力的一个条件。 虽有弹力存在,但两物体间若没有“相对运动或相对运动的趋势”,则不会产生摩擦力,反之,若两物体间有摩擦力,则一定有弹力。 误区二: 摩擦力的大小一定与正压力成正比 若摩擦力是滑动摩擦力,根据Ff=μFN可知,两物体间的滑动摩擦力确实与正压力成正比。 但对静摩擦力而言,它是一个被动力,随着使物体产生“相对运动趋势”的外力的变化而变化,与正压力大小无关,正压力只可影响最大静摩擦力的大小。 误区三: 摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反 摩擦力的方向应与“相对运动”或“相对运动趋势”的方向相反,与物体的运动方向有可能相反也有可能相同。 即摩擦力可以是阻力,也可以是动力。 误区四: 摩擦力的方向与物体运动方向一定在同一直线上。 常见的多数摩擦力的方向与物体运动方向在同一直线上,但不是所有情境下的摩擦力均如此。 一人站在扶梯上,随扶梯斜向上加速上升;人沿扶梯斜向上运动,而人所受摩擦力却是水平方向,与运动方向并不共线。 故两物体间摩擦力的方向应理解为“与两物体接触面相切,和物体间‘相对运动’或‘相对运动趋势’的方向相反”,而与物体的运动方向无关。 四、摩擦力的“突变”问题 某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”。 1.静—静“突变” 物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。 【题15】(多选)木块A、B分别重50N和60N,它们与水平地面间的动摩擦因数均为0.25,夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm,弹簧的劲度系数为400N/m,系统置于水平地面上静止不动,现用F=1N的水平拉力作用在木块B上,如图所示,设滑动摩擦力与最大静摩擦力相等,则力F作用后 A.木块A所受摩擦力大小是8N B.木块A所受摩擦力大小是11.5N C.木块B所受摩擦力大小是9N D.木块B所受摩擦力大小是7N 【答案】AC 2.静—动“突变” 物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,如果物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力。 【题16】(多选)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化的规律的实验中,设计了如图甲所示的演示装置,力传感器A与计算机连接,可获得力随时间变化的规律,将力传感器固定在光滑水平桌面上,测力端通过细绳与一滑块相连(调节传感器高度使细绳水平),滑块放在较长的小车上,小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮使桌面上部细绳水平),整个装置处于静止状态.实验开始时打开传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子,小车一旦运动起来,立即停止倒沙子,若力传感器采集的图象如图乙所示,则结合该图象,下列说法正确的是 A.可求出空沙桶的重力 B.可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小 C.可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小 D.可判断第50秒后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上) 【答案】BC 3.动—动“突变” 【题17】传送带以恒定的速率v=10m/s运动,已知它与水平面成θ=37º,如图所示,PQ=16m。 将一个小物体无初速度地放在P点,小物体与传送带间的动摩擦因数为μ=0.5,问当皮带逆时针转动时,小物体运动到Q点的时间为多少? 【答案】2s 【解析】当物体刚放在传送带上时,物体的速度速度传送带的速度,物体所受的滑动摩擦力方向沿斜面向下,加速度为: m/s2 滑行时间: =1s 滑行距离: =5m 当物体与传送带的速度相同时,由于重力的作用物体继续加速,物体的速度大于传送带的速度,摩擦力的方向变为沿斜面向上,加速度为: m/s2 因为: s2=s−s1=11m 又: 解得: t2=1s 所以,小物体从P点运动到Q点的时间: t=t1+t2==2s 4.动—静“突变”: 在摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体突然停止滑行时,物体将不受滑动摩擦力作用,滑动摩擦力可能“突变”为静摩擦力。 【题18】如图所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,取g=10m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力) 【答案】A
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- 精品 高考 物理 突破 专题 08 摩擦力