字词模式
句模式
段模式
系统设置
更多按钮
网址切换
保存状态
用户反馈
页面收藏
-AA+
高一物理力学专题之摩擦力

摩擦力遍布于我们生活 的各个角落,我们走路、吃饭、喝水……都离不开摩擦力,摩擦力一旦消失我们很多工作都无法进行。摩擦力给我们生活带来方便的同时也会给我们的某些工作带来 烦恼。正因为如此,我们的物理学家才通过研究摩擦力的特性,在生活和工作中根据需要通过改变仪器的构造、成分来增大或者减小摩擦力,从而使我们生活工作更 方便更节约能源。摩擦力分为滑动摩擦力和静摩擦力。

下面我们分别来认识一下这两种摩擦力。

一、滑动摩擦力

1. 概念

相互接触的物体间发生相对运动时,在接触面处发生阻碍物体间相对运动的力。

2. 产生条件:

a. 两物体直接接触

b. 相互挤压(有弹力)

c. 接触面粗糙

d. 有相对运动

注意:这四个条件缺一不可。

3.大小

fF N(其中 F N表示压力,不一定等于重力;µ为动摩擦因素,它的数值与接触面的材料和接触面的粗糙程度有关。

4.方向

总是与接触面相切,与相对运动的方向相反,总是阻碍相对运动。

值得注意的是:滑动摩擦力的方向总是与相对运动方向相反,但不一定与运动方向相反;滑动摩擦力总是起着阻碍相对运动的作用,但不一定阻碍运动。

阻碍物体间的相对运动(互相以对方为参考系)与阻碍物体运动(以地面为参考系)不同。因为摩擦力总是阻碍物体的相对运动,不能认为摩擦力一定与物体运动方向相反,摩擦力的方向也可以与物体的运动方向相同即作为动力。

二、静摩擦力

1. 概念

相互接触的物体间有相对运动趋势时,在接触面处产生的阻碍物体间相对运动趋势的力。

2. 产生条件

a. 直接接触

b. 相互挤压(有弹力)

c. 接触面粗糙

d. 有相对运动趋势

注:四个条件缺一不可。(当然根据弹力产生条件,我们可以将这四个条件简化为三个条件: a.有弹力; b.接触面粗糙 c.有相对运动趋势)

3. 大小

a.必须明确静摩擦力的大小不能用公式 fF N来计算,其大小 f是随着外力的变化而变化的。也就是说静摩擦力的大小随着相对运动趋势的强弱变化而在 0~ F m(最大静摩擦力)之间变化,和相对运动趋势强弱程度有关,但跟接触面相互挤压的力 F N无直接关系

b.最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,在中学阶段讨论问题时,如无特殊说明可以认为他们在数值上相等。

4.方向

总是与接触面相切并且与物体的相对运动趋势方向相反。

在相对比较复杂的问题中,我们常常会借助以下三种方法来判定静摩擦力的方向:

1)假设法:首先假设两物体的接触面光滑,这时若两物体不发生相对运动,则说明它们原来没有相对运动趋势,也没有静摩擦力;若两物体发生相对运动,则说明它们原来有相对运动趋势,并且原来相对运动趋势的方向跟假设接触面光滑时相对运动方向相同,然后根据静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势方向相反确定静摩擦力的方向。

2)平衡法:根据二力平衡条件或牛顿第二定律,可以判断摩擦力的方向。假如用一水平推力去推桌子,若桌子在水平面上静止不动,这时地面会对桌子施加一静摩擦力。根据二力平衡条件可知,该静摩擦力的方向与推力的方向相反。加速运动时候静摩擦力可以根据牛顿第二定律确定。

3)利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来确定:此法的关键是抓住“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,再确定另一物体受到的静摩擦力的方向。

5.效果

阻碍物体间的相对运动趋势,但不一定阻碍物体的运动,可以是动力,也可以是阻力。

示例 1如下图所示,质量为 m的木块在质量为 M的长木板上滑行,长木板与水平地面间动摩擦因数为μ 1,木块与木板间的动摩擦因数为μ 2已知长木板处于静止状态,那么此时长木板受到地面的摩擦力大小为( )

说明: 以491

A.μ 2 mg

B.μ 1 Mg

C.μ 1( mM) g

D.μ 2 mg+μ 2 Mg

答案: A

解析:有许多同学认为计算时应用到木板与水平地面的动摩擦因数μ 1,这种想法是错误的,此题的一大陷阱就在于此.如下图所示,由于长木板始终处于静止状态,木板与地面之间的摩擦力应当是静摩擦力,静摩擦力不能用μ 1 F N来求解,而是要通过受力分析根据物体所处的状态来求.木块对木板在水平方向的作用力是滑动摩擦力,其大小为 F f 2=μ 2 mg,对长木板来说,水平方向除了受到向右的滑动摩擦力 F f 2=μ 2 mg外,还受到水平地面对它向左的静摩擦力 F f 1,这两个力平衡,因此长木板受到地面的摩擦力大小为μ 2 mg.

说明: 以492

示例 2如图所示,水平地面上的 L形木板 M上放着小木块 mMm间有一个处于压缩状态的弹簧,整个装置处于静止状态,下列说法正确的是()

说明: 以4113

AMm的摩擦力方向向右

BMm的摩擦力方向向左

C.地面对 M的摩擦力方向向右

D.地面对 M无摩擦力的作用

答案: AD

解析:首先研究木板和木块组成的整体,不考虑其内部作用力,对整体而言,其静止于水平地面上,没有相对地面运动的趋势,所以和地面之间没有静摩擦力;再单独研究小木块,因为弹簧压缩有恢复原状的趋势,弹簧对小木块有一个向左的推力,根据受力平衡,得出 Mm的摩擦力方向向右.故选项 AD正确.

示例 3质量为 m的杆 AB,处于静止状态, A端用细绳竖直悬挂, B端放在地板上,如下图所示,下列有关杆 B端所受摩擦力的说法中,正确的是()

说明: 以502

AB端受到的静摩擦力方向向右

BB端受到的静摩擦力方向向左

CB端受到的静摩擦力沿细杆 AB斜向下

DB端不受静摩擦力作用

答案: D

解析:假设 B端和水平面是光滑的,则杆 AB受到竖直向上的支持力,竖直向上的绳子拉力和竖直向下的重力,能够保持静止状态,则 B端和地面无相对运动趋势,即不受摩擦力.

示例 4如图甲所示,在水平桌面上放一木块,用从零开始逐渐增大的水平拉力 F拉着木块沿桌面运动,则木块所受到的摩擦力 F f随拉力 F变化的图象(如图乙所示)正确的是()

说明: 补必10

说明: 补必11

答案: D

解析:当木块不受拉力时( F0),桌面对木块没有摩擦力( F f0).

当木块受到的水平拉力 F较小时.木块仍保持静止,但出现向右运动的趋势,桌面对木块产生静摩擦力,其大小与 F相等,方向相反.

随着水平拉力 F不断增大.木块向右运动的趋势增强,桌面对木块的静摩擦力也相应增大,直到水平拉力 F足够大时,木块开始滑动,桌面对木块的静摩擦力达最大值 Ff m在滑动之前,由木块水平方向二力平衡条件知,桌面对木块的静摩擦力 F f始终与拉力 F等值反向.即随着 F的增大而增大.

木块滑动后,桌面对它的摩擦力是滑动摩擦力,它稍小于最大静摩擦力,并且在木块继续滑动的过程中保持不变.故正确答案为 D.