在熱學領域,物體所受的力可分為重力、彈力(包括推、拉、擠、壓力、支撐力等)、摩擦力三類。 分析物體受力時摩擦力方向的判斷例題,可按以下步驟進行: (1) 物體受到重力,作用在重心上,方向垂直向上; (2) 當研究對象與數個物體接觸并受到拉、擠、壓幾種彈力作用時,方向垂直于接觸面(或沿拉線方向); (3)研究對象與若干物體接觸并有相對運動(或相對運動趨勢),受到若干摩擦力作用,且方向和相對運動(或相對運動趨勢)方向相反。
注:(1)當物體的質量很小(或題中有“輕小物體”)時,重力可以忽略不計; (2)如果接觸面“光滑”,就可以認為是無摩擦的。
在高中數學的范疇中,當物體靜止或勻速直線運動時,物體必須受到平衡力的作用。 兩個力在垂直方向上是平衡的,在水平方向上移動時前后方向的力必須相等。
示例 1 如圖 13.3-2 所示。 兩個物體 A 和 B 堆疊在水平面上。 在水平力 F1 和 F2 的作用下,它們一起以共同的速度向右移動。 已知F1=5N,F2=3N,則物體B上下表面的摩擦力分別為()
A。 5N2NB。 3N0NC。 0N2ND。 5N8N
【分析】以A為研究對象,A在向右的水平力F1的作用下向右勻速運動。 根據力的平衡條件,它深受B上表面向左施加的摩擦力f1的影響,其大小為5N,由于力是相互的,所以B上表面的摩擦力B為5N,方向向右。 再將A、B作為一個整體考慮,在水平方向上受到三個力,即向右的水平力F1、向左的水平力F2、桌面對整體的摩擦力f1向左轉。 如果兩個力相互平衡,則有:f2=F1-F2=2N。 這個問題的答案是A。
【點評】解決力的大小問題,一般的方法是先分析物體所受的力,然后利用力的綜合知識和兩個力的平衡條件來解決問題。
例題2 下列關于摩擦的說法正確的是()
A、當物體相互接觸發生相對運動時,必然會產生摩擦
B.摩擦總是限制物體的運動
C.摩擦力的方向總是與物體的運動方向相反
D.摩擦力一定是限制物體相對運動的力
[分析] 物體相互接觸之間會發生相對運動,但如果不相互擠壓或接觸面光滑,則物體之間不會產生摩擦。 一個說法是錯誤的。 摩擦力不一定是限制物體運動的力,也可能是一種推動力。 如果是力,它的方向就和物體的方向一樣。 例如,人走路時,人的腳在地面上向后推,腳相對于地面有向后移動的趨勢。 當腳受到地面向前的摩擦力時摩擦力方向的判斷例題,人就會向前移動。 所以B、C的說法是錯誤的。 根據摩擦力的定義,兩個相互接觸的物體在進行或已經進行相對運動時,會在接觸面上形成限制相對運動的摩擦力。 所以D的說法是正確的。 本題答案為D。
【解析】正確理解摩擦的概念,弄清摩擦三要素是解決這個問題的關鍵。
例3 關于摩擦力,下列說法正確的是( )
A.摩擦無濟于事,總是傷害
B.摩擦力的方向有時與物體的運動方向相同
C.摩擦只有在兩個物體相互接觸時才會存在
D、車輪與地面的摩擦是有害的,輪轂與地面越光滑越好
(答案選B、C)
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