2020高考物理精优大一轮复习人教通用版讲义：第2单元相互作用物体平衡第4讲摩擦力

第4讲　摩擦力

　　摩擦力

【辨别明理】

(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势. (　　)

(2)受滑动摩擦力作用的物体一定处于运动状态. (　　)

(3)同一接触处的摩擦力一定与弹力方向垂直. (　　)

(4)摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同. (　　)

(5)静摩擦力的方向不一定与运动方向共线. (　　)

(6)静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力. (　　)

考点一　关于滑动摩擦力的分析与计算

1.滑动摩擦力的方向

滑动摩擦力的方向总与物体间的相对运动方向相反,判断滑动摩擦力的方向时一定要明确“相对”的含义是指相对跟它接触的物体,所以滑动摩擦力的方向可能与物体实际运动(对地运动)方向相反,也可能与实际运动方向相同,还可能与物体实际运动方向成一定的夹角.

2.滑动摩擦力的大小

(1)滑动摩擦力的大小可以用公式f=μFN计算.

(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解.

图4-1

例1 物块M在静止的传送带上匀速下滑时,传送带突然转动,转动方向如图4-1中箭头所示,则传送带转动后               (　　)

A.M将减速下滑

B.M仍匀速下滑

C.M受到的摩擦力变小

D.M受到的摩擦力变大

图4-2

变式题 如图4-2所示,质量为m的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板间的动摩擦因数为μ.由于受到相对于地面静止的光滑导槽A、B的控制,物体只能沿水平导槽运动.现使钢板以速度v1向右匀速运动,同时用力F拉动物体(方向沿导槽方向)使物体以速度v2沿导槽匀速运动,则拉力F的大小为(重力加速度为g)              (　　)

A.mg B.μmg

C.μmg D.μmg

■ 要点总结

应用滑动摩擦力的决定式f=μFN时要注意以下几点:

(1)μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力.

(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的面积均无关;其方向一定与物体间相对运动方向相反,与物体运动(对地)的方向不一定相反.

考点二　关于静摩擦力的分析与计算

1.静摩擦力的方向

静摩擦力的方向与接触面相切,与物体间的相对运动趋势的方向相反,即与受力物体相对施力物体的运动趋势方向相反.常用的判断静摩擦力方向的方法主要有:

(1)假设法(接触面间不存在摩擦力时的相对运动方向,即为物体的相对运动趋势方向);

(2)利用牛顿运动定律来判定.

2.静摩擦力的大小

(1)两物体间实际产生的静摩擦力f在零和最大静摩擦力fmax之间,即0<f≤fmax.最大静摩擦力fmax是物体将要发生相对运动(临界状态)时的摩擦力,它的数值与正压力FN成正比,在FN不变的情况下,最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力.在一般情况下,可近似认为物体受到的最大静摩擦力等于物体受到的滑动摩擦力.

(2)静摩擦力的大小要依据物体的运动状态进行计算:如果物体处于平衡状态,可根据平衡条件求解静摩擦力;如果物体处于非平衡状态,可根据牛顿第二定律求解静摩擦力.

图4-3

例2 如图4-3所示,在水平桌面上放置一斜面体P,两长方体物块a和b叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态.若将a与b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示,则              (　　)

A.f1=0,f2≠0,f3≠0 B.f1≠0,f2=0,f3=0

C.f1≠0,f2≠0,f3=0 D.f1≠0,f2≠0,f3≠0

图4-4

变式题 如图4-4所示,一根原长为10 cm、劲度系数为1000 N/m的弹簧一端固定在倾角为30°的粗糙斜面底端,弹簧轴线与斜面平行,弹簧处于自然伸直状态,将重80 N的物体A放在斜面上,放置物体A后,弹簧长度缩短为8 cm.现用一弹簧测力计沿斜面向上拉物体,若物体与斜面间的最大静摩擦力为25 N,当弹簧的长度仍为8 cm时,弹簧测力计示数不可能为              (　　)

A.10 N B.20 N C.40 N D.60 N

■ 要点总结

(1)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;

(2)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的;

(3)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势,但摩擦力不一定阻碍物体的运动,即摩擦力不一定是阻力.

考点三　关于摩擦力的综合分析与计算

关于摩擦力的综合分析,我们重点研究摩擦力的突变问题.摩擦力发生突变的原因具有多样性:可能是物体的受力情况发生变化,也可能是物体的运动状态发生变化,还可能是物体间的相对运动形式发生了变化.因此要全面分析物体的受力情况和运动状态,抓住摩擦力突变的原因,才能正确地处理此类问题.

(1)静摩擦力突变为滑动摩擦力:静摩擦力达到最大值的状态是物体恰好保持相对静止的临界状态.

(2)滑动摩擦力突变为静摩擦力:滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间,因此两物体的速度达到相同时,滑动摩擦力要发生突变(变为零或变为静摩擦力).

(3)由一个静摩擦力突变为另一个静摩擦力:静摩擦力是被动力,其大小、方向取决于物体间的相对运动趋势,而相对运动趋势取决于主动力,若主动力发生突变而物体仍然处于相对静止状态,则其静摩擦力将由一个静摩擦力突变为另一个静摩擦力.

图4-5

例3 长直木板的上表面的一端放有一个木块,如图4-5所示,木板由水平位置缓慢向上转动,另一端不动(即木板与地面间的夹角α变大),则木块受到的摩擦力f随角度α变化的图像符合实际的是图4-6中的              (　　)

图4-6

图4-7

变式题1 如图4-7所示,斜面固定在地面上,倾角为θ=37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).质量为1 kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行,斜面足够长,滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8,则滑块所受摩擦力f随时间变化的图像是图4-8中的(取初速度v0的方向为正方向,g取10 m/s2)              (　　)

图4-8

图4-9

变式题2 如图4-9所示,完全相同的A、B两物体放在水平地面上,与水平地面间的动摩擦因数均为μ=0.2,每个物体重G=10 N,设物体A、B与水平地面间的最大静摩擦力均为fm=2.5 N.现对A施加一个向

右的由0均匀增大到6 N的水平推力F,有四位同学将A物体所受到的摩擦力fA随水平推力F的变化情况在图4-10中表示出来,其中正确的是(　　)

图4-10

完成课时作业(四)