2-04-思想方法：摩擦力在临界情况下“突变”问题的分析方法

思想方法：摩擦力在临界情况下“突变”问题的分析方法1.方法指导2.例证突破3.方法总结4.跟踪训练5.真题演练第二章相互作用结束放映返回目录第2页数字媒体资源库1.方法指导结束放映返回目录第3页数字媒体资源库1．问题特征当物体受力或运动发生变化时，摩擦力常发生突变，摩擦力的突变，又会导致物体的受力情况和运动性质的突变，其突变点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性．对其突变点的分析与判断是物理问题的切入点．2．常见类型静摩擦力滑动摩擦力突变滑动摩擦力静摩擦力突变结束放映返回目录第4页数字媒体资源库2.例证突破结束放映返回目录第5页数字媒体资源库类型一“静－静”突变物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态，当其他力的合力发生变化时，如果物体仍然保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变．结束放映返回目录第6页数字媒体资源库解析当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8N,可知最大静摩擦力Ffmax≥8N．当撤去力F1后,F2＝2NFfmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在物体上的F2等大反向．C正确.答案C【典例1】一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图示，其中F1＝10N，F2＝2N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为()．A．10N，方向向左B．6N，方向向右C．2N，方向向右D．0F1F2最大静摩擦力Ffmax≥8N静摩擦力Ff=2N,木块保持静止状态.Ff解析显隐结束放映返回目录第7页数字媒体资源库类型二“静－动”突变物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,如果物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力.结束放映返回目录第8页数字媒体资源库α=θ①②③mgFfFN【典例2】如图所示,在平板与水平面间的夹角θ逐渐变大的过程中,分析木块m受到的摩擦力的情况.1.平板转动过程中,木块出现几个运动过程？2.各过程中木块分别受到几个力作用，各力怎样变化？解析①当θ角较小时,木块受到静摩擦力F静的作用静止不动,F静与物体的重力G在沿斜面上的分力Gsinθ是一对平衡力,故F静＝Gsinθ，θ变大,则F静＝Gsinθ变大.②当角达到一个确定的值θ0时，木块恰好匀速运动，这时木块受到滑动摩擦力F滑的作用．有受力平衡得F滑＝Gsinθ0利用公式得F滑＝μGcosθ0两式联立得μ＝tanθ0当θθ0后,物体受到滑动摩擦力作用,则F滑＝μGcosθ故当θ继续变大时,物体受到的滑动摩擦力减小了.当θ＝90°时，物体受到的滑动摩擦力等于0.答案见解析解析显隐结束放映返回目录第9页数字媒体资源库类型三“动静”突变在摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不受摩擦力作用，或滑动摩擦力“突变”成静摩擦力.类型四“动－动”突变在某物体相对于另一物体滑动的过程中，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”.结束放映返回目录第10页数字媒体资源库【典例3】如图所示，质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数为μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F＝1N的作用，取g＝10m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)．()．1.判断物块运动形式有几个阶段？2.分析物块受力及变化情况.FFfv0F’f转解析结束放映返回目录第12页数字媒体资源库3.方法总结结束放映返回目录第13页数字媒体资源库规律方法解答摩擦力“突变”问题的方法1.正确对物体受力分析和运动状态分析找到物体摩擦力的突变“临界点”.2.分析清楚“突变”后摩擦力的变化情况是静静变化，还是动静（静动）变化；是大小变化，还是方向也发生变化.结束放映返回目录第14页数字媒体资源库4.跟踪训练结束放映返回目录第15页数字媒体资源库【跟踪训练】(多选)将力传感器A固定在光滑水平桌面上,测力端通过轻质水平细绳与滑块相连,滑块放在较长的小车上.如图甲所示,传感器与计算机相连接,可获得力随时间变化的规律.一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮,一端连接小车,另一端系砂桶,整个装置开始处于静止状态.在滑块与小车分离前缓慢向砂桶里倒入细砂,力传感器采集的F－t图象如图乙所示.则()A．2.5s前小车做变加速运动B．2.5s后小车做变加速运动C．2.5s前小车所受摩擦力不变D．2.5s后小车所受摩擦力不变解析由题图乙可知，在F的变化阶段，砂桶质量在由小变大，滑块与小车之间没有相对滑动，属于静摩擦力，所以2.5s前，小车、滑块均静止，A错误.2.5s后小车受恒定摩擦力，但是外力增加，因此做变加速直线运动，B正确.根据上述分析，2.5s前滑块受静摩擦力，且静摩擦力在变化，2.5s后受滑动摩擦力，且大小不变，故D正确.答案BD解析显隐点击放大结束放映返回目录第16页数字媒体资源库【跟踪训练】长直木板的上表面的一端放有一铁块，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，另一端不动，如图所示．则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.审题视角1).建立木板及铁块的运动模型2).①到②过程中铁块受力怎样？转动到③位置后，铁块受力又怎样？自己分析一下！α=θ①②③mgFfFN【解析】设木板与水平面间夹角增大到θ时，铁块开始滑动,显然当αθ时,铁块与木板相对静止.由力的平衡条件知,铁块受到的静摩擦力的大小为Ff＝mgsinα;当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力;设动摩擦因数为μ，由滑动摩擦力公式得，铁块受到的滑动摩擦力为Ff＝μmgcosθ.由上述分析知：αθ时，静摩擦力随α角增大按正弦函数增加；当α≥θ时，滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小，所以正确选项为C.答案C解析显隐结束放映返回目录第17页数字媒体资源库5.真题演练结束放映返回目录第18页数字媒体资源库【真题】(2013·全国新课标Ⅱ卷，15)如图7，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上.若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F2＞0).由此可求出()A．物块的质量B．斜面的倾角C．物块与斜面间的最大静摩擦力D．物块对斜面的正压力解析物块在斜面上处于静止状态，先对物块进行受力分析，确定其运动趋势，列平衡方程可得Ffmax.物块受与斜面平行的外力F作用，而在斜面上静止，此时摩擦力的大小和方向将随F的变化而变化.设斜面倾角为θ，由平衡条件F1－mgsinθ－Ffmax＝0，F2－mgsinθ＋Ffmax＝0，解得Ffmax＝F1－F22，故选项C正确.答案C解析显隐MgFfFN１２