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2019年版本高考物理复习-摩擦力专题-Word版

2019年版本高考物理复习-摩擦力专题-Word 版

一、 明确摩擦力产生的条件

(1) 物体间直接接触

(2) 接触面粗糙

(3) 接触面间有弹力存在

(4) 物体间有相对运动或相对运动趋势

这四个条件紧密相连,缺一不可.显然,两物体不接触,或虽接触但接触

面是光滑的,则肯定不存在摩擦力.但满足(1)、(2)而缺少(3)、 (4)中的任

意一条,也不会有摩擦力.如一块砖紧靠在竖直墙,放手后让其沿墙壁下滑,它满足条件(1)、(2)、(4),却不具备条件(3),即相互间无压力,故砖不可

能受到摩擦力作用.又如,静止在粗糙水平面上的物体它满足了条件(1)、

(2)、(3),缺少条件(4),当然也不存在摩擦力.

由于不明确摩擦力产生的条件,导致答题错误的

事是经常发生的.

例1 (1994年全国考题)如图1所示,C 是水平地

面,、是两个长方形物块,F 是作用在物块上沿水

平方向的力,物体和以相同的速度作匀速直綫运

动,由此可知,、间的动摩擦因数和、间的动摩擦因数有可能

(A)0, 0 (B) 0,

(C) 0,0 (D) 0,

解析:本题中选、整体为研究对象,由于受推力的作用做匀速直线运动,

可知地面对的摩擦力一定水平向左,故0,对A 受力分析可知,水平方向不受

力,可能为0,可能不为0。正确答案为(B)、(D)

二、了解摩擦力的特点

摩擦力具有两个显著特点:(1)接触性; (2)被动性.所谓接触性,即指物体

受摩擦力作用物体间必直接接触(反之不一定成立)。这种特点已经包括在摩

擦力产生的条件里,这里不赘述。对于摩擦力的被动性,现仔细阐述。所谓

被动性是指摩擦力随外界约束因素变化而变化.熟知的是静摩擦力随外力的

变化而变化。

例2 (1992年全国考题)如图2所示,一木块放在水平桌面上,在水平方向共

受到三个力,即、和摩擦力作用,木块图2处于静止状态,其中=10N 、=2N ,

若撤去力,则木块在水平方向受到的合力为

(A)10N ,方向向左 (B)6N ,方

向向右 (C)2N ,方向向左 (D)零

解析;没有撤去时,物体所受合外力为

零,此时 图

2

图1

静摩擦力大小为8N,方向向左.撤去以后,物体在作用下不可能沿水平方向发生运动状态的改变,物体仍保拧静止.此时地面对物体的静摩擦力大小为2N,方向向右.从上述分析可见静摩擦力是被动力.答案应为(D).对于滑动

摩擦力同样具有被动性.

一、把握摩擦力大小和方向的计算和判断

中学物理只谈静摩擦和滑动摩擦两种(滚动摩擦不讲).其中没有具体的计算公式,是随外力变化的范围值o≤≤,一般根据(1)平衡条件求;(2)根据物体运动状态,由牛顿运动定律求.而不但可根据上述的 (1)、(2)方法求,还可

以用公式计算

例3如图3所示,质量为、带电量为+q的小物体,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,粗糙挡板ab的宽度略大于小物体厚度.现给带电体一个水平冲量,试分析带电体所受摩擦力的

情况.

解析:带电体获得水平初速它在.

它在

磁场中受洛仑兹力和重力,

,则带电体作匀速直线运动,不受摩擦力作用.

若,则带电体贴着a板前进,滑动摩擦力,速度越来越小,变小,当减小到,又有,它又不受摩擦力作用而匀速前

进.

若,则带电体贴着b板前逆。滑动摩擦力;,它减速运动动直至静止,而却是

变大的.

这充分说明也是具有被动性,所以摩擦力是被动力.了解摩擦力的上述特点在解题时就能因题致宜,灵活地思考,少走弯路,避免出错

.

对于滑动摩擦力的大小,还必须了解其与物体运动状态无关,与接触面积大小无关的特点.

例4如图4所示,一质量为m的货物放在倾角为α的传送带上随传送带一起向上或向下做加速运动.设加速度大小为α,试求两种情况下货物所受的摩擦力.

解析:物体m向上加速运动时,由于沿斜面向下有重力的分力,所以要使物体随传送带向上加速运动,传送带对物体的摩擦力必定沿传送带向上.物体沿斜面向下加速运动时,摩擦力的方向要视加速度的大小而定,当加速度为某一合适值时,重力沿斜面方向的分力恰好提供了所需的合外力,则摩擦力为零;当加速度大于此值时,

图3

a

b

图4

向上加速运动时,由牛顿第二定律,得:所以F-mgsina=ma,方向沿斜面向上

向下加速运动时,由牛顿第二定律,得: mgsina—F=ma(设F沿斜面向上)所以F=mgsina-ma

当a0.与所设方向相同——沿斜面向上.

当a=gsina时,F=0.即货物与传送带间无摩擦力作用.

当a>gsina时,F<0.与所设方向相反——沿斜面向下.

小结:当物体加速运动而摩擦力方向不明确时,可先假设摩擦力向某一方向,然后应用牛顿第二定律导出表达式,再结合具体情况进行讨论

例5 如图5所示,质量M=10Kg的木楔ABC静止于水平地面上,动摩擦因数μ=0.02,在木楔的倾角θ为300的斜面上有一质量m=1.0 kg的物块由静止开始沿斜面下滑.当滑行路程S=1.4m时,其速度s=1.4m/s,在此过程中木楔没有动.求地面对木楔的摩擦力的大小和方向(g取10 m/s’)

解析:地面对木楔的摩擦力为静摩擦力,但不一定为最大静摩擦力,所以不能由Fμ=μFΝ,来计算求得,只能根据物体匀运动情况和受力情况来确定.物块沿斜面匀加速下滑,由可求得物块下滑的加速度

可知物块受到摩塔力的作用.

此条件下,物块与木楔受力情况分别如图6.7所示.

物块沿斜面以加速度Q下滑,对它沿斜面方向和垂直于斜面方向由牛顿第二定律有mgsinθ一Fμ1=ma mgcosθ—FN1=0 .

木楔静止,对它沿水平方向和竖直方向由牛顿第二定律,

并注意Fμ1ˊ与Fμ1,?N1与FN1,等值反向,有Fμ2+ Fμ1cosθ—FN1sin θ=0

由上面各式解得地面对木楔的摩擦力

此力方向与所设方向相同,由C指向B。

另外由以上几式联立还可以求出地面对木楔的支持力

显然,这是由于物块和木楔系统有向下的加速度而产生了失重现象。

对此题也可以系统为研究对象。在水平方向,木楔静止,加速度为零,物块加速度水平分量为。对系统在水平方向由牛顿第二定律,有

答案:0.61 N 方向由C 一B

小结:(1)静摩擦力的大小是个变量,它的大小常需要根据物体的运动状态及

摩擦力与物体所受其他力的关系来确定.

(2)由此题可看出,研究对象的选取对解题步骤的简繁程度有很大的影响。

练习

1、如图8所示,位于斜面上的物块m 在沿斜面向上的力F 作用下,处于静止

状态,则斜面作用于物块的静摩擦力①方向

可能沿斜面向上②方向可能沿斜面向下③大小可能为零

④大小可能等

于F 以上判断正确的

是………………………………( D )

A .只有①②

B .只有③④

C .只有①②③

D .①②③④都正确

2、(2004年连云港第二次调研题)某人在乎直公路上骑自行车,见到前方较远处

红色交通信号灯亮起,他便停止蹬车,此后的一段时间内,自行车前轮和后轮受到

地面的摩擦力分别为和,则…

( C )

A .向后,后向前B

.向前,向后

C .向后,向后D

.向前,向前 3、如图9所示,重6N 的木块静止在倾角为300的

斜面上,若用平行于斜面沿水平方向,大小等于4N 的力F 推木

块,木块

仍保持静止,则木块所受的摩擦力大小

为……………………………(C )

A .4 N

B .3 N

C .5 N

D .6 N 4、(2004年乐山调研题)如图10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,木块P 与长板A

间的动摩擦因数为,则长木板ab 受到地面的摩擦力大小为

(C )

8 图

9 图10

AB .

C D

5、(2004年黄冈调研题)如图11所示,在粗糙水平面上有一个三角形木块,

在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量为m1

( A )

A .没有摩擦力作用

B

.有摩擦力作用,摩擦力方向水平向右

C .有摩擦力作用,摩擦力方向水平向左

D .有摩擦力作用,但其方向无法确定,因为m1、m2、的数值并未给出

6、(2004年宁波期末试题)某空间存在着如图l2所示的水平方向的匀强磁

场,A 、B 两个物块叠放在一起,并置于光滑的绝

缘水平地面上,物块A 带正电,物块B 为不带电的绝缘块;

水平恒力F 作用在物块B 上,使A 、B 一起由静止开始水平向左运动.在A 、B 一起水平向左运动的过程中,关于A 、B 受力情况的以下说法,正确的是……( B )

A .A 对

B 的压力变小B .B 对A 的摩擦力保持不变

C 。A 对B 的摩擦力变大

D .B 对地面的压力保持不变

7、如图13所示,一直角斜槽(两槽面夹角为

90°),对水平面夹角为30°,一个横截面为正方形的物块恰

能沿此槽匀速下滑,假定两槽面的材料和表面情况相同,问

物块和槽面

间的动摩擦因数为多少?

解析:因为物块对直角斜槽每一面的正压力为mgcos α.cos45°,所以当物体匀速下滑时,有平衡方程:mgsin α=2μmgcos αcos45°=μmgcos α,所以μ=.

8、质量m=1.5Kg 的物块(可视为质点)在水平恒力F 的作用下,从水平面上A

图11 图12 如图13

点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物体继续滑行t=2.0s停在B点.已知AB两点间的距离S=5.0m,物块与水平面间的动摩擦因数,求恒力F为多

大?(g=10m/s2)

解析:设撤去力前物块的位移为,撤去力时物块的速度为,物块受到的

滑动摩擦力

对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得

由运动学公式得

对物块运动的全过程应用动能定理

由以上各式得

代入数据解得

9.如图14所示,静止在水平面上的纸带上放一质量m为的小金属块(可视为质点),金属块离纸带右端距离为L,金属块与纸带间动摩擦因数为μ.现用力向左将纸带从金属块下水平抽出,设纸带加速过程极短,可认为纸带在抽动过程中一直做匀速运动.求:

(1)属块刚开始运动时受到的摩擦力的大小和方向;

(2)要将纸带从金属块下水平抽出,纸带的速度v应满足的条件.

解析:(1)金属块与纸带达到共同速度前,金属块受到的摩擦力为:

,方向向左。

(2)出纸带的最小速度为即纸带从金属块下抽出时金属块速度恰好等于。

对金属块:

金属块位移:纸带位移:

两者相对位移:解得:

故要抽出纸带,纸带速度

10.如图15所示,物块和斜面体的质量分别为m.M,物块在平行于斜面的推力F作用下沿斜面加速度a向上滑动时,斜面体仍保持静止.斜面倾角为θ,试求地面对斜面体的支持力和摩擦力.

解析:由于小物块沿斜面加速上升,所以物块与斜面不能看成一个整体,应分别对物块与斜面进行研究。

(1)取物块为研究对象,受力分析如图16所示:

由题意得:①

由②得:③

(2)取斜面为研究对象,受力分析如图17得:

又因为与是作用力与反作用力,与是作用力

与反作用力

由牛顿第三定律得:⑥

由④⑤⑥⑦解得:

图15

图16

θ

图17

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