P高中物理专题解析专题2-摩擦力

二、摩擦力专题一、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．有相对运动趋势但尚未运动时的临界状态——最大静摩擦力静摩擦系数与最大静摩擦力对应，一般用符号μ0表示。接触面的垂直压力为N时，最大静摩擦力NF0动摩擦系数是当两物体有相对运动时的摩擦系数[必须是一个物体在另一个物体表面的相对运动]，一般用符号μ表示。接触面的垂直压力为N时，滑动摩擦力f=μN.动摩擦系数略小于静摩擦系数。摩擦系数永远小于1摩擦系数由材料及表面粗糙情况决定，与是否存在摩擦力无关。——有摩擦力，摩擦系数一定不等于零——无摩擦力，摩擦系数可能等于零，也可能不等于零。例1(1994年全国考题)如图1所示，C是水平地面，A、B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A和B以相同的速度作匀速直线运动，由此可知，A、B间的动摩擦因数1和B、C间的动摩擦因数2有可能是(A)10，20(B)10，20(C)10，20(D)10，20解析：易错点——A的受力情况A+B整体匀速直线运动——受力平衡——受推力作用——地面对A+B的摩擦力一定水平向左——故20，A做匀速直线运动——A受力平衡——A水平方向不受摩擦力——摩擦力为零——1可能为0，也可能不为0。正确答案为(B)、(D)．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1F、2F和摩擦力作用，木块图2处于静止状态，其中1F＝10N、2F＝2N，若撤去力1F，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；1F没有撤去时，静止——受合外力为零——静摩擦力大小为8N，方向向左——最大静摩擦力≥8N图21F2F撤去1F以后，物体受外力2F=2N8N——依靠静摩擦力可维持静止——物体依然静止——木块在水平方向受到的合力为零——答案应为(D)．例3如图3所示，质量为m、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I，试分析带电体所受摩擦力的情况．补充知识：冲量与功的比较性质大小作用效果计算冲量矢量I=Ft改变动量矢量合成功标量W=Fs改变动能代数计算动量与动能的比较区别性质大小变化情况动量矢量P=mvV变化△P一定变化动能标量EK=21mv2V变化△EK可能为零联系P=KmE2EK=P2/2m动量定理：描述的是在时间上的积累作用效果是改变动量PmvmvPI12P-tF＝初末合合物理意义：质点所受合外力的冲量等于（在此过程中）质点动量的增量注意：①由于冲量与动量都是矢量，动量定理公式是矢量式（注意方向）规定正方向解析：冲量I作用——带电体获得动量Imv0——水平初速m/Iv0带电体在磁场中运动——受洛仑兹力（左手）mqBIBqvf/0洛如冲量向右，则洛仑兹力向上，如冲量向左，则洛仑兹力向下。带电体在重力场中——受重力mgG，方向向下。如冲量向右，则洛仑兹力向上，如Gf洛，则带电体作匀速直线运动，不受摩擦力作用．如Gf洛，则带电体加速贴近a板，并贴着a板前进，滑动摩擦力)(mgqvBNf滑，速度越来越小，滑f变小，当v减小到满足0mgqvB，即qBmgv时,又不受摩擦力作用而匀速前进．若Gf洛，则带电体贴着b板前行。滑动摩擦力；)(qvBmgNf滑,它减速运动直至静止，而滑f却是逐渐变大的如冲量向左，则洛仑兹力向下，带电体贴着b板前行。滑动摩擦力；)qvBmg(Nf滑,它减速运动直至静止，而滑f却是逐渐变小的图3ab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，摩擦力应沿斜面向下；当加速度小于此值时，摩擦力应沿斜面向上．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agsina时，F0．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agsina时，F0．与所设方向相反——沿斜面向下．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＝1.0kg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10m／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．物块沿斜面由静止开始下滑——匀加速运动由asvvt2202可求得物块下滑的加速度222/5sin/7.02smgsmsvat可知物块受到摩擦力的作用．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a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＝mamgcosθ—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，F́N1与FN1，等值反向，有Fμ2+Fμ1cosθ—FN1sinθ＝00112SinFCOSFMgFNN由上面各式解得地面对木楔的摩擦力m╮α图4Fμ1FN1mg图6BFˊμ1Fμ2mgFN2F́N1图7ACNNmamamgmgCOSFFFN61.0237.00.1cossin)sin(sincossin112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gmMNNNmamgMgmamgmgMgFN)(65.109217.00.11011sinsin)sin(cos22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cosaax。对系统在水平方向由牛顿第二定律，有NmaF61.0cos2答案：0．61N方向由C一B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………………………………()A．只有①②B．只有③④C．只有①②③D．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前f和后f，则…()A．前f向后，后f后向前B．前f向前，后f向后C．前f向后，后f向后D．前f向前，后f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……………………………()A．4NB．3NC．5ND．6N4、(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1,木块P与长板A间的动摩擦因数为2，则长木板ab受到地面的摩擦力大小为()AMg1B．gMm)(1Cmg2DmgMg21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和m2的小木块，21mm已知三角形木块和两个小木块均静止，则粗糙水平面对三角形木块()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、21和的数值并未给出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……()图8图9m1m212图11图12图10APVA．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?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20.0,求恒力F为多大?(g=10m/s2)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.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.vLA图14θMmFa图15如图13练习答案1、D，2、C3、C4C5A6B7、解析：因为物块对直角斜槽每一面的正压力为mgcosα.cos45°，所以当物体匀速下滑时，有平衡方程：mgsinα=2μmgcosαcos45°＝2μmgcosα，所以μ=66)33(21tan21．8、解析：设撤去力F前物块的位移为1S，撤去力F时物块的速度为v，物块受到的滑动摩擦力mgF1对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得mvtF01由运动学公式得tvSS21对物块运动的全过程应用动能定理011SFFS由以上各式得222gtsmgsF代入数据解得NF159.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：mgf，方向向左。（2）出纸带的最小速度为0v即纸带从金属块下抽出时金属块速度恰好等于0v。对金属块：mafatv0金属块位移：2121ats纸带位移：tvs02两者相对位移：lSS12解得：glv20故要抽出纸带，纸带速度glv2vLA图14如图1310.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：cos1