高三物理复习摩擦力专题
高考中的摩擦力专题
内容提要:两个相互接触的物体, 当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时, 就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力, 这种力叫做摩擦力.
关键词:静摩擦力,滑动摩擦力
一、 摩擦力知识考点归纳
1、摩擦力产生条件:①接触面粗糙;②相互接触的物体间有弹力;③接触面间有相对运动(或相对运动趋势) 。
2、摩擦力的方向:
①静摩擦力的方向总跟接触面相切,并与相对运动趋势方向相反。
②滑动摩擦力的方向总跟接触面相切,并与相对运动方向相反。
注意:特别注意对“相对”的理解,滑动摩擦力可能起动力作用,也可能起阻力作用。
3、摩擦力的大小:
(1)静摩擦力的大小:与相对运动方向上受力大小有关,但不超过最大静摩擦力。跟接触面相互挤压力FN 无关。(做题时注意,若物体没有运动,则不能根据f=μN 来算。例如:用手握紧可乐瓶,无论用多大力握住,摩擦力始终等于mg )
(2)滑动摩擦力的大小:
公式:F=μFN (F 表示滑动摩擦力大小,FN 表示正压力的大小,μ叫动摩擦因数)。
注意:滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关。
4、摩擦力的效果:总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势), 但并不总是阻碍物体的运动。
二. 摩擦力必考的规律与综合应用
1. (2011年安徽卷)一质量为m 的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上。现对物块施加一个竖直向下的恒力F ,如图所示。则物块( )
A.仍处于静止状态
B.沿斜面加速下滑
C.受到的摩擦力不变
D .受到的合外力增大
解析:由于质量为m 的物块恰好静止在倾角为的斜面上,说明斜面对物块的作用力与物块的重力平衡,斜面与物块的动摩擦因数μ=tan θ 。对物块施加一个竖直向下的恒力F ,使得合力仍然为零,故物块仍处于静止状态,A 正确,B 、D 错误。摩擦力由mg sin θ增大到(F +mg )sin θ ,C 错误。
2.如图2所示是主动轮P 通过皮带带动从动轮Q 的示意图,A 与B 、C 与D 分别是皮带上与轮缘上相互接触的点,则下列判断正确的是( )
A.B点相对于A 点运动趋势方向与B 点运动方向
相反
B.D点相对于C 点运动趋势方向与C 点运动方向
相反
C.D点所受静摩擦力方向与D 点运动方向相同
D.主动轮受到的摩擦力是阻力,从动轮受到的
摩擦力是动力
解析:P 为主动轮,假设接触面光滑,B 点相对于A
点的方向一定与B 的运动方向相同,A 错误;Q 为从动轮,D 相对于C 的运动方向与C 点的运动方向相反,Q 轮通过静摩擦力带动,因此,D 点所受的静摩擦力方向与D 点的运动方向相同,B 、C 均正确;主动轮靠摩擦带动皮带,从动轮靠摩擦被皮带带动,故D 也正确. 答案 BCD
3. 如图所示,小车的质量为M ,人的质量为m ,人用恒力F 拉绳,若人和车保持相对静止,不计绳和滑轮质量、车与地面的摩擦,则车对人的摩擦力可能是()
A、0
B 、F ,方向向右
C 、F ,方向向左
D 、F ,方向向右
解析:由于车与人相对静
止,则两者加速度相同,即
a=2F/(M+m),若车对人的摩擦力向右,人对车的摩擦力向左,则对人:F-f=ma
,
对车:F+f=Ma,必须M>m。则D 正确;若车对人的摩擦力向左,人对车的摩擦力向右,则对人:F+f=ma,对车:F-f=Ma
3. 如图所示,水平面上两物体 ml、m2经一细绳相连,在水平力F 的作用下处于静止状态,则连结两物体绳中的张力可能为( )
A .0 B.F/2 C.F D.大于F
解析:当m2与平面间的摩擦力与F 平衡时,绳中的张力为零,所以A 对;当m2与平面间的最大静摩擦力等于F/2时,则绳中张力为F/2,所以B 对,当m2与平面间没有摩擦力时,则绳中张力为F ,所以C 对,绳中张力不会大于F ,因而D 错。答案:A 、B 、C
4. 如图5所示, 质量为m 的工件置于水平放置的钢板C 上,二者间动摩擦因数为μ, 由于固定的光滑导槽A 、B 的控制,工件只能沿水平导槽运动. 现使钢板以速度v1向右运动,同时用F 拉动工件(F 方向与导槽平行)使其以速度v2沿导槽运动,则F 的大小为( )
A. 等于μmg
C.小于μmg
解析:钢板以速度v1向右运动,则工件以等大速度相对钢板向左移动,设为v1′,同时工件被拉动也具有另一速度v2, 故工件相对于钢板的运动速度应是v1′与v2的合成,即如图中的速度v. B. 大于μmg D. 不能确定 滑动摩擦力阻碍二者的相对运动,做工件所受摩擦力Ff 与v 方向相反,要使工件沿导槽匀速运动,
所施加的拉力只需与Ff 一个分力平衡,故:F
答案 C
5. 如图7所示,把一个重为G 的物体,用一个水平推力F=kt(k为恒量,t 为时间) 压在竖直的足够高的平整墙上,从t=0开始,物体所受的摩擦力Ff 随时间t 的变化关系是下图中的( )
解析:对物体进行受力分析, 当墙壁对物体的摩擦力FfG时, 物体开始减速下滑,此时物体做a 增大的减速运动,此时仍为滑动摩擦力且继续以Ff=μkt 增加. 在物体停止前一小段时间内,显然有Ff>G.物体停在墙上时,物体受静摩擦力,由平衡条件可知,此时静摩擦力的大小等于重力G ,综合上述过程,答案 B
6.( 2011年江苏卷) 如图所示,倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上,一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧,绸带与斜面间无摩擦。现将质量分别为M 、m(M>m)的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数相等,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。在α角取不同值的情况下,下列说法正确的有( )
A .两物块所受摩擦力的大小总是相等
B .两物块不可能同时相对绸带静止
C .M 不可能相对绸带发生滑动
D .m 不可能相对斜面向上滑动
解析:由于绸带与斜面之间光滑,并且
M>m,所以M 、m 和绸带一起向左滑动,加速度为a 。对M 、m 和绸带看为一个整体,由整体法得:Mgsin α-mgsin α=(M+m)a ,对M 由隔离法得:Mgsin α-fM=Ma ,对m 由隔离法得:Mgsin α-fM=Ma
故 fM=fm=[2Mm/(m+M)]gsinα,答案为AC
如图所示,水平面上两物体 ml、m2经一细绳相连,在水平力F 的作用下处于静止状态,则连结两物体绳中的张力可能为( )
A .0 B .F/2 C .F D .大于F
解析:当m2与平面间的摩擦力与F 平衡时,绳中的张力为零,所以A 对;当m2与平面间的最大静摩擦力等于F/2时,则绳中张力为F/2,所以B 对,当m2与平面间没有摩擦力时,则绳中张力为F ,所以C 对,绳中张力不会大于F ,因而D 错。答案:A 、B 、C
5. 如图所示,传送带与水平面的夹角为37°,并以10m/s的速度匀速运动着,在传送带的A 端轻轻放一小物体,若已知物体与传送带间的动摩擦因数为μ=0.5,AB 间距离S=16m,则小物体从A 端运动到B 端所需的时间为:
(1)传送带顺时针方向转动?
(2)传送带逆时针方向转动?
解析:(1)对物体受力分析如图,沿皮带所在的
斜面方向有a=gsin37°-μgcos37°=2m/s2,因物体沿皮
带向下运动而皮带向上运动,所以整个过程物体对地匀
加速运动16m ,据s=at2得t=4.0s
(2)当物体下滑速度小于传送带时,物体
的加速度为a1(此时滑动摩擦力沿斜面向下),则:
a1gsin37°+μgcos37°=10×0.6+0.5×10×
0.8=10米/秒2
t1=v/a1=10/10=1秒
S1=a1t12=×10×12=5米
当物体下滑速度大于传送带v=10米/秒时,物体的加速度为a2(此时f 沿斜面向上),则:a2gsin37°-μgcos37°=10×0.6-0.5×10×0.8=2米/秒2
S2=vt2+a2t2=(a1t1)t2+a2t22=10×1×t2+×2×t22=16-5=11,即:10t2+t22=11 解得t2=1秒(t2=-11秒舍去)
所以,t=t1+t2=1+1=2秒,B 选项正确。
注意:在计算摩擦力的大小之前,必须首先分析物体的运动情况,判明是滑动摩擦还是静摩擦,若是滑动摩擦,可用f=μN 计算。但要注意N 是接触面的正压力,并不总是等于物体的重力。若是静摩擦,一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或加速运动),利用平衡条件或运动定律求解。最大静摩擦力(1)大小:fm=μ0N ,(2)最大静摩擦力与物体运动趋势无关,而只跟μ0N 有关,它比滑动摩擦力略大一些,在许多问题的处理过程中往往将其大小等于滑动摩擦力。