摩擦力是歷年的必考內(nèi)容,摩擦力的突變的考題常有出現(xiàn),且類型多,特別是靜摩擦力隨物體的相對運(yùn)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(yīng)于過程的轉(zhuǎn)變及臨界狀態(tài),在分析中很容易發(fā)生失誤,在時應(yīng)引起高度重視,應(yīng)仔細(xì)分析物體的狀態(tài)變化的過程與細(xì)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(zhuǎn)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(guān)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(rèn)為物體處于平衡狀態(tài),由的平衡關(guān)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(shù)圖像。
(3)在物體剛好要滑動而沒滑動時, 達(dá)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。且滿足: 。
(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(xí):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(yùn)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(dāng) F 達(dá)到最大靜摩擦力之后,物體開始滑動,物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了變化,摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ?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 隨 t 的變化關(guān)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(yùn)動;當(dāng) 時,物體的速度最大;此后 ,物體做減速運(yùn)動;當(dāng)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(yùn)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(diǎn),小物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 ,問當(dāng)皮帶逆時針轉(zhuǎn)動時,小物體運(yùn)動到 Q 點(diǎn)的時間為多少?
解析:當(dāng)物體剛放在傳送帶上時 高中英語,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(dāng)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?yàn)椋?
又: 解得:
所以,小物體從 P 點(diǎn)運(yùn)動到 Q 點(diǎn)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?fàn)顟B(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(dāng)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(dāng)撤去力F1 后, ,物體仍處于靜止?fàn)顟B(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(dāng)主動輪順時針勻速轉(zhuǎn)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(dāng)它到達(dá)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(guān)于物體受的摩擦力和圖中P 、Q 兩處(在O1 、O2 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(diǎn),在此之前,物體相對皮帶有相對運(yùn)動,存在滑動摩擦力,且方向與接觸物體的相對運(yùn)動方向相同,指向右方;在此之后,物體相對皮帶無相對運(yùn)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(yùn)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(rèn)真分析物體的運(yùn)動狀態(tài)的每一個細(xì)節(jié),運(yùn)動用牛頓第二定律或力的平衡關(guān)系求解。
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