摩擦力突變問題分類探析

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網

摩擦力是歷年高考的必考內容,摩擦力的突變的考題常有出現,且類型多,特別是靜摩擦力隨物體的相對運動趨勢發(fā)生變化,其大小與方向均有可能變化的情況對應于物理過程的轉變及臨界狀態(tài),在分析中很容易發(fā)生失誤,在復習時應引起高度重視,應仔細分析物體的狀態(tài)變化的過程與細節(jié)。
一、 靜動突變
例1、長直木板的上表面的一端放有一個鐵塊,木塊由水平位置緩慢一向上轉動(即木板與地面的夾角 變大),另一端不動,則木塊受到摩擦力 f 隨角度 的變化關系圖象是(甲)中的( 。
     
解析:(1)開始時, =0, =0
(2)靜摩擦力的大小分析:開始一段時間,物體相對木板靜止,所受的是靜摩擦力;緩慢豎起時,可認為物體處于平衡狀態(tài),由的平衡關系可知,靜摩擦力大小等于物體重力沿斜面向下的分力:
。因此,靜摩擦力隨 的增大而增大,它們呈正弦規(guī)律變化。圖線為正弦函數圖像。
(3)在物體剛好要滑動而沒滑動時, 達到最大值。 繼續(xù)增大,物體將開始滑動,靜摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮ΑG覞M足:
(4) 開始滑動后, ,因此,滑動摩擦力隨 的增大而減小,呈余弦規(guī)律變化。圖線為余弦規(guī)律變化。
(5)最后,
綜上分析可知:C 正確。
練習:如圖乙所示,在水平桌面上放一木塊,用從零開始逐漸增大的水平拉力 F 拉木塊直到沿桌面運動,在此過程中,木塊所受到的摩擦力 f 的大小隨拉力 F 的大小變化的圖象正確的是( 。

解析:開始時,物體靜止不動,受靜摩擦力的作用,且滿足: ;當 F 達到最大靜摩擦力之后,物體開始滑動,物體運動狀態(tài)發(fā)生了變化,摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ?img height="24" alt="" src="/uploads/allimg/100314/133FJM3-16.gif" width="139" align="absMiddle" /> 保持不變。則木塊所受到的摩擦力 f 的大小隨拉力 F 的大小變化的圖象正確的是B 。

二、 動靜突變

例2:把一重為 G 的物體,用一個水平的推力 k 為恒量,t 時間)壓在豎直的足夠高的平整的墻上(如圖甲所示),從 t =0 開始物體所受的摩擦力 f t 的變化關系是圖中的(。

解析:首先,物體受到的動摩擦力 ,隨時間的增加而從零開始增加。開始時, ,物體向下做加速運動;當 時,物體的速度最大;此后 ,物體做減速運動;當速度為減速為零時,物體處于靜止。動摩擦力變?yōu)殪o摩擦力,大小突變?yōu)榕c重力大小相等。

三、 動動突變

例3、傳送帶以恒定的速率 運動,已知它與水平面成 ,如圖所示, ,將一個小物體無初速度地放在 P 點,小物體與傳送帶間的動摩擦因數為 ,問當皮帶逆時針轉動時,小物體運動到 Q 點的時間為多少?
解析:當物體剛放在傳送帶上時,物體的速度速度傳送帶的速度,物體所受的滑動摩擦力方向沿斜面向下,加速度為:

滑行時間:
滑行距離:
當物體與傳送帶的速度相同時,由于重力的作用物體繼續(xù)加速,物體的速度大于傳送帶的速度,摩擦力的方向變?yōu)檠匦泵嫦蛏,加速度為?
因為:
又:      解得:
所以,小物體從 P 點運動到 Q 點的時間:

四、 靜靜突變

例4.一木塊放在水平桌面上,在水平方向共受到三個力即 F1、F2 和摩擦力的作用,木塊處于靜止狀態(tài),如圖所示,其中 F1=10N, F2=2N ,若撤去 F1 ,則木塊受到的摩擦力為(  )
A.10 N,方向向左     B.6 N,方向向右
C.2 N,方向向右     D.零
解析:當物體受F1、F2 及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時,由平衡條件可知物體所受的摩擦的作用大小為8N ,可知最大靜摩擦力 。當撤去力F1 后, ,物體仍處于靜止狀態(tài),由平衡條件可知物體所受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變,且與作用在物體上的F2 等大反向。

五、 摩擦力有無判斷

例5、水平皮帶傳輸裝置如圖所示,O1 為主動輪,O2 為從動輪。當主動輪順時針勻速轉動時,物體被輕輕地放在 A 端皮帶上,開始時,物體在皮帶上滑動,當它到達位置 C 后停止滑動,直到傳送到目的地 B 端,在傳送過程中,若皮帶與輪不打滑,則關于物體受的摩擦力和圖中P 、Q 兩處(在O1O2 連線上)皮帶所受摩擦力的方向的正確說法是(。
① 在AC 段物體受水平向左的滑動摩擦力,P 處皮帶受向上的滑動摩擦力。
② 在AC 段物體受水平向右的滑動摩擦力。P 處皮帶受向下的滑動摩擦力。
③ 在CB 段物體不受靜摩擦力,Q 處皮帶受向下的靜摩擦力。
④ 在CB 段物體受到水平向右的靜摩擦力,P 、Q 兩處皮帶始終受向下的靜摩擦力。
A.①③   B、①④   C、②③   D、③④
         

解析:本題物體在 C 處是摩擦力的突變點,在此之前,物體相對皮帶有相對運動,存在滑動摩擦力,且方向與接觸物體的相對運動方向相同,指向右方;在此之后,物體相對皮帶無相對運動趨勢,不存在靜摩擦力;另外,主動輪與從動輪的區(qū)別在于相對運動趨勢的差別。
摩擦力的突變是由于摩擦力的被動性所引起的,因此,我們要認真分析物體的運動狀態(tài)的每一個細節(jié),運動用牛頓第二定律或力的平衡關系求解。


本文來自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/11989.html

相關閱讀:高中物理實驗誤差和有效數字問題學習和例解分析