关于摩擦力的相关问题

1关于摩擦力的相关问题问题1：摩擦力的产生？分析两本交叉叠放的书很难分开的原因。提示：书页彼此夹紧→挤压→弹力，而弹力是产生在垂直页面的方向上，而把书页拉开力却是水平在水平方向上的，如图所示。因此，难使书页分开的根本原因不可能是由于压紧而引起的。那究竟是由什么原因引起的呢？揭示出学生的心中的一种感觉：对某一本书而言，好象有一个隐形的力在拉着书本，而使两本书难以分开，那么这个隐形的力是什么力呢？摩擦力概念：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的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。（1）静摩擦力的产生①以人推箱子为例，建立物理模型进行具体分析，如图所示。设问：人推箱子，箱子却没有动，此时箱子在水平方向受到了哪几个力的作用呢？根据初中二力平衡知识进行分析，逐步建立静摩擦力概念。静摩擦力：发生在两个没有相对运动，只具有相对运动趋势的物体之间的摩擦力。②结合刚才的引入实验“人拉书本难以分开”，点明正是静摩擦力的原因，而使两个同学难以拉开书。设问：产生静摩擦力的条件是什么？③归纳静摩擦力产生的条件：（1）直接接触（2）接触面有弹力（3）接触面粗糙（4）物体有相对运动的趋势（2）最大静摩擦力探究举例:日常经验，静止在地面上的物体越重，越难推动；物体越轻，越容易推动。那么，静摩擦力的大小到底跟物体间的压力有关系吗？是不是由于拉力和推力小于物体的静摩擦力的原因。手握啤酒瓶的力越大，啤酒瓶所受的静摩擦力怎样变化？不管手握得紧与松，对瓶子进行受力分析，根据二力平衡规律，瓶子所受的静摩擦力都与瓶子的重力大小相等，方向相反，静摩擦力都没有发生变化。瓶子握得越紧，瓶子越不容易掉下去，又如箱子越重，是越难推动，而不管箱子重轻与否，箱子实际所受的静摩擦力都等于此时的拉力。那么，压力越大，究竟是引起了什么变化呢？分析：压力越大，增大了物体接触面的最大静摩擦力，物体实际所受的静摩擦力并没有发生变化。小结：静摩擦力特点：①物体实际所受的静摩擦力，根据力的平衡规律进行分析；②随着产生运动趋势的外力的变化而变化；③跟物体间接触面的正压力无关；④正压力越大，物体的最大静摩擦力，也越大。（3）探究滑动摩擦力特点F拉F1F2F3Gf2归纳可能影响滑动摩擦力的因数：①物体接触面的正压力；②物体接触面的材料及粗糙程度；③物体运动的相对速度大小；④物体接触面的面积的大小。归纳滑动摩擦力特点：①方向：沿着接触面，与物体间相对运动的方向相反。滑动摩擦力方向与接触面间弹力方向垂直。②大小：跟正压力的大小成正比。（4）思考1：滑动摩擦力只存在于运动的物体？静止的物体不可能出现滑动摩擦力？思考2：静摩擦力只存在于静止的物体？运动的物体不可能出现静摩擦力？（5）判断静摩擦力的两种方法①假如“光滑”法（又称解除法）：可假设接触面是光滑的，看物体间是否会发生相对运动。②状态分析法：根据运动状态，运用平衡条件或牛顿定律来判断。（从物体受其他力和物体的运动状态（加速度）来判断的）以后拓展用。问题2：摩擦力的大小及方向？（1）静摩擦力的大小和方向我们会发现，静摩擦力不会无限制增大，它的增大有一个限度，当超过这个限度时，物体将由静止变为运动。即由相对运动的趋势变为相对运动，此时所受摩擦力将变为滑动摩擦力。静摩擦力的最大值Fmax叫做最大静摩擦力（将动未动时摩擦力）。它的数值等于物体刚开始运动时的拉力的大小。可见：两个物体间的静摩擦力可以是一个变力，它的大小可以在0与Fmax之间，即0＜F≤Fmax前面我们研究了静摩擦力的大小，现在我们来探讨一下静摩擦力的方向。静摩擦力的方向总是沿着接触面。（曲面则与接触面相切的方向）静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反。3此处相对运动趋势是指该物体相对于与它接触的物体（另一物体）而言的。最大静摩擦力的大小与哪些因素有关的探究（1）与物体的所受压力（正压力）有关。（2）与物体的接触面的粗糙程度有关。（2）探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关呢？通过实验让学生体会到不同物体间滑动摩擦力的大小会有所不同，进行思考：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关呢？A．与接触面的粗糙程度有关B．跟物体间的压力（正压力）有关C．跟物体接触面积的大小有关根据以上几条猜测，设计实验去进行验证探索。（利用控制变量法来进行探究）压力N摩擦力f在上面的实验中，我们还可以得出一些其他结论：①与面积无关；②在速度变化不大的情况下，滑动摩擦力的大小与速度也无关。对其他条件不变时，测出其由静止到运动一段时间内的摩擦力，作拉力―摩擦力的图象问题3：摩擦力做功？摩擦力做功问题，一直是高中物理教学的重点，更是教学难点。在具体问题中涉及到摩擦力是否做功、做功的正负，以及作为作用力反作用力的一对摩擦力（以下简称“一对摩擦力”）所做功的代数和（以下简称“合功”）的正负等问题，学生往往纠缠不清，理不清思路，甚至发生谬误，本文拟根据实例就此类问题作概略的讨论。在相当多的问题里,摩擦力都是阻碍物体的运动,对物体做负功,这就很容易给人一种感觉——摩擦力一定做负功,实际上,因摩擦力的方向与物体的运动方向之间没有必然的联系所以摩擦力可以做负功,也可以做正功,也可以不做功,下面按静摩擦力的功和滑动摩擦力的功分述如下:单个静摩擦力做功有不少初学者认为，静摩擦力是产生于“静止”的物体之间，所以静摩擦力一定不会对物体做功。其实不然，请看下面的情境：1.静摩擦力可以对物体不做功（1）当物体受静摩擦力作用时，若物体相对地面处于静止状态，静摩擦力对物体不做功，因为物体相对于地面的位移为零.静止FfFωωrr4相对于地面静止的物体受到静摩擦力是不做功的,那运动的物体受到静摩擦力是否也可能不做功呢?（2）如右图所示，有一水平圆形转盘绕竖直轴以角速度ω转动，在离轴心为r处放一块质量为m的木块，随圆盘一起做匀速圆周运动.在转动过程中，木块m有沿半径向外运动的趋势，则它所受静摩擦力Ff方向沿半径指向圆心，所以该力始终与速度方向垂直，即在Ff方向没有位移,在任何时刻木块所受的静摩擦力Ff对它不做功.由此可看出，物体在静摩擦力作用下相对于地面运动，此时静摩擦力也可以对物体不做功.2.静摩擦力可以对物体做负功，也可以对物体做正功（1）静摩擦力做功的特点如图5－15－1，放在水平桌面上的物体A在水平拉力F的作用下未动，则桌面对A向左的静摩擦力不做功，因为桌面在静摩擦力的方向上没有位移。如图5－15－2，A和B叠放在一起置于光滑水平桌面上，在拉力F的作用下，A和B一起向右加速运动，则B对A的静摩擦力做正功，A对B的静摩擦力做负功。可见静摩擦力做功的特点是：①静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。②相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。③在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其它形式的能。一对相互作用的静摩擦力做功的代数和必为零，即【思考】试分析人走路时，若鞋与地面间不打滑，人与地面间的静摩擦力做功吗？析：有人认为，人走路时，受到向前的静摩擦力，而人的速度也是向前，有向前的位移，摩擦力是做正功的，但事实上，在鞋与路面接触时，地面与鞋间有静摩擦力的作用，但在这段时间内，鞋底所受摩擦力的作用点相对于地面是不动的，而脚抬起向前迈出时，鞋在空中便不受静摩擦力的作用，随着人的前进，人与地面间的静摩擦力不断改变受力点，但受力点在静摩擦力作用下并无位移，故地面与脚之间的一对静摩擦力对人和对地面都不做功。汽车行驶过程与人走路是类似的，在汽车前进的过程中，车轮与地面间的静摩擦力也是不做功的，汽车的动能是由燃烧燃料释放的化学能转化而来的。摩擦力在中间只是为这个过程中能量转化为汽车平动的动能提供了一个条件。具体来说，一对静摩擦力做功代数和为零包含两种情况：一是每个静摩擦力都不做功（例推箱子而未动，静摩擦力对箱子、对地面均不做功，或者物体随转盘一起做匀速圆周运动，静摩擦力提供向心力的情况），二是两个静摩擦力一个做正功，一个做负功，但数值相等，其代数和为零。2.滑动摩擦力做功的特点从以上分析中可看出，物体之间的滑动摩擦力可以对其中某一物体做负功，对另一物体不做功；它可能对一物体做正功，对另一物体做负功；也可能同时对两物体做负功；如在寒冷的冬天，用搓手的方法取暖就是滑动摩擦力同时对两只手做负功(就如右图A、B相对运动).但滑动摩擦力对两个物体不可能同时不做功，FA5-15-1图FAB5152图－－5例2.在光滑的水平地面上有质量为M的长平板A（如图4），平板上放一质量的物体B，A、B之间动摩擦因数为。今在物体B上加一水平恒力F，B和A发生相对滑动，经过时间，求：（1）摩擦力对A所做的功；（2）摩擦力对B所做的功；（3）若长木板A固定时B对A的摩擦力对A做的功。滑动摩擦力做功与路程有关，其值等于滑动摩擦力的大小和物体沿接触面滑动的路程的乘积，即例3.滑雪者从山坡上A点由静止出发自由下滑，设动摩擦因数为常数，他滑到B点时恰好停止，此时水平位移为（如图5所示）。求A、B两点间的高度差。解析：设滑雪者质量为，取一足够小的水平位移，对应的滑行路线可视为小直线段，该处滑雪者所受的摩擦力为所以在段摩擦力所做的功为对滑行路线求和可得摩擦力的总功从A到B的过程中，重力做功，而动能的变化为，所以由动能定理得，即，可解得A、B两点间的高度差为。一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间相对位移的乘积，即例4.如图6，一质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一质量为的木块以水平速度滑上木板。由于木块和木板间有摩擦力，使得木块在木板上滑动一段距离后就跟木板一起以相同速度运动。试求此过程中摩擦力对两物体做功的代数和。解析：设木块与木板的共同速度为，以木块和木板整体为研究对象，则由动量守恒定律可得①6摩擦力对木板做正功，对木块做负功。由动能定理得②③由①②③可知，摩擦力对两物体做功的代数和为④上式即表明：一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积。1、一对静摩擦力对系统不做功：只发生能量的转移，不发生能量的转化；方式——一正一负或均为零2、一对滑动摩擦力对系统做负功：能量既发生转移，又发生转化；方式——一正一负（且正功小于负功）或一零一负或均为负问题4：摩擦力做功和能量转化的关系？在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移，没有机械能转化为热能.当子弹钻入木块后,子弹受到水平向左的滑动摩擦力做减速运动,木块受到水平向右的滑动摩擦力做加速运动,直到两者共速,此过程子弹相对于地面的位移为s+d方向向右，木块相对于地面的位移为s方向向右,所以此过程中滑动摩擦力对子弹做负功W=-F(s+d),方向水平向左；滑动摩擦力对木块做正功为W′=Fs,方向水平向左.这一对滑动摩擦力分别对两物体所做功之和为W和=W+W′=-Fd0静摩擦力做功，系统内能是否一定增加？将一火柴盒放在光滑水平面上，使火柴盒的涂药面朝上，用一根火柴棍的涂药端紧压火柴盒的涂药面。现在火柴棍另一端用力推动火柴盒运动，火柴盒之所以运动，就是火柴棍对起静摩擦力作用的结果，这个静摩擦力显然做了功，但由于施力者（火柴棍）与受力者（火柴盒）间未发生相对滑动，并未使接触面的内能增加而使温度升高，这样是不能点燃火柴的。所以静摩擦力做功，不一定引起系统的内能增加。系统机械能的损失等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积，即例6.设木块与木板间的摩擦系数为，则木块在木板上滑动过程中，在摩擦力作用下，木板做匀加速运动，木块做匀减速运动直至达到共同速度为止。以木块和木板整体为研究对象，由动量守恒定律可得这一过程中，木板的位移为7木块的位移为摩擦力对木板做正功对木块做负功则摩擦力对两物体做功的代数和为①整个过程中木板动能的增量为木块动能的增量为系统动能的总增量为②上述①、②表明：系统机械能的减少刚好与一对摩擦力做功的代数和的绝对值对等。3.摩擦生热例.如图5－15－5，质量为M的足够长的木板，以速度0v在光滑的水平面上向左运动，一质量为m（Mm）的小铁块以同样大小的速度从板的左端向右运动，