一、滑動(dòng)磨擦力
1、滑動(dòng)磨擦力形成的條件:
(1)兩物體之間存在壓力(擠壓);
(2)兩物體間的接觸面粗糙;
(3)兩物體間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)。這三個(gè)條件必須同時(shí)滿足,缺一不可。
2、滑動(dòng)磨擦力的大小:
兩個(gè)物體間的滑動(dòng)磨擦力的大小f跟這兩個(gè)物體表面間的壓力N的大小成反比,即
。其中f表示滑動(dòng)磨擦力的大小,N表示壓力的大小,μ是動(dòng)磨擦乘數(shù)。
注意:N的值不一定等于物體的重力,也不一定與重力有關(guān),而應(yīng)通過(guò)對(duì)物體的受力剖析求得。μ為動(dòng)磨擦質(zhì)數(shù),它的數(shù)值由接觸面的材料和表面的粗糙程度決定,一般情況下
。
3、滑動(dòng)磨擦力的方向總是順著接觸面,且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。滑動(dòng)磨擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反,而不是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反,這兒的“相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向”是指受力物體相對(duì)于施力物體的運(yùn)動(dòng)方向。如圖所示,貨車上的鐵塊由A點(diǎn)向B點(diǎn)滑動(dòng),鐵塊遭到的滑動(dòng)磨擦力方向向右。當(dāng)貨車向左運(yùn)動(dòng)時(shí),鐵塊相對(duì)地向左運(yùn)動(dòng);當(dāng)貨車往右運(yùn)動(dòng)時(shí),鐵塊相對(duì)地可能向左運(yùn)動(dòng),也可能往右運(yùn)動(dòng)。
二、靜磨擦力
1、靜磨擦力形成的條件:
(1)兩物之間存在壓力(擠壓);
(2)兩物體間的接觸面粗糙;
(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。
2、靜磨擦力的大小:
靜磨擦力的大小隨使物體形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力F的減小而減小,但不能超過(guò)最大靜磨擦力
。“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向”指的是假如沒(méi)有磨擦,物體即將運(yùn)動(dòng)的方向。如圖所示木塊摩擦力受力分析,物體靜止在斜面上,其相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向沿斜面向上,由于沒(méi)有磨擦,物體將沿斜面下降,所以,物體所受靜磨擦力的方向沿斜面向下。
三、明確磨擦力的幾個(gè)疑難問(wèn)題
1、摩擦力不是制約物體的運(yùn)動(dòng),而是妨礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它可以是阻力,也可以是動(dòng)力。
2、靜止的物體可以遭到滑動(dòng)磨擦力。如磨刀的時(shí)侯,靜止的磨刀石可以遭到刀對(duì)它的滑動(dòng)磨擦力。運(yùn)動(dòng)的物體可以遭到靜磨擦力,如隨傳送帶一起向下傳送的物體,它相對(duì)地面在運(yùn)動(dòng),遭到的卻是靜磨擦力,由于它相對(duì)傳送帶靜止。
3、摩擦力的方向可以與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反,也可以與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同,還可以與物體的運(yùn)動(dòng)方向不在同仍然線上。如置于水平轉(zhuǎn)盤上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,遭到的靜磨擦力指向圓心,與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直。
4、兩種磨擦力都可以是阻力,也可以是動(dòng)力。
例1、下列關(guān)于物體所受靜磨擦力作用的表述,正確的是()
A.靜磨擦力的方向一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反
B.靜磨擦力的方向不可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同
C.靜磨擦力的方向可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直
D.靜止物體所受的靜磨擦力一定為零
解析:靜磨擦力的方向可以和物體的運(yùn)動(dòng)方向相同,也可以相反,還可能與運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線上,故AB項(xiàng)錯(cuò)誤;靜磨擦力的方向通常由相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向判定,但在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)無(wú)法確定時(shí),就應(yīng)依照物體的運(yùn)動(dòng)情況間接判別。例如,處于水平轉(zhuǎn)盤上的物體隨轉(zhuǎn)盤一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物體遭到的重力和支持力平衡,這么提供向心力的力就必然是靜磨擦力,此時(shí)靜磨擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直,所以C項(xiàng)正確。D項(xiàng)其實(shí)錯(cuò)誤。
故選C項(xiàng)。
例2、下列有關(guān)滑動(dòng)磨擦力的說(shuō)法正確的是()
A.物體所受的滑動(dòng)磨擦力與物體的重力成反比
B.滑動(dòng)磨擦力總是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反
C.滑動(dòng)磨擦力總是阻力
D.滑動(dòng)磨擦力隨正壓力的減小而減小
解析:滑動(dòng)磨擦力跟正壓力成反比,它闡明了有壓力的地方才有磨擦力可言,又闡明了滑動(dòng)磨擦力與接觸面的化學(xué)性質(zhì)有關(guān),滑動(dòng)磨擦力與正壓力的比值,可以描述接觸面的這一化學(xué)性質(zhì),將
定義為動(dòng)磨擦質(zhì)數(shù),即
。
只與接觸面的粗糙程度和接觸面的材料有關(guān),與接觸面積和接觸面上的受力情況無(wú)關(guān)。為此D項(xiàng)正確,A項(xiàng)錯(cuò)誤;滑動(dòng)磨擦力制約的是互相接觸的兩物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而其方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反,而不是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;既然滑動(dòng)磨擦力制約的是兩接觸物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而不一定制約物體的運(yùn)動(dòng),因而不一定是阻力,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。
故選D項(xiàng)。
例3、運(yùn)動(dòng)員用手緊握豎直的竹桿勻速攀上和勻速滑下,他所受的磨擦力分別為
和
,下述對(duì)于
和
的說(shuō)法正確的是()
A.
向上,
向下B.
向下,
向上
C.
和
均向下D.
和
均向上
解析:朋友們易錯(cuò)選A項(xiàng)。但通過(guò)仔細(xì)剖析發(fā)覺(jué)
屬于靜磨擦力,其方向應(yīng)與運(yùn)動(dòng)員的手相對(duì)于竹桿的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反木塊摩擦力受力分析,運(yùn)動(dòng)員勻速攀上時(shí),其手相對(duì)于竹桿有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以
的方向應(yīng)向下;當(dāng)運(yùn)動(dòng)員用手緊握豎直的竹桿勻速滑下時(shí),
屬于滑動(dòng)磨擦力,方向向下。
故選C項(xiàng)。
例4、如圖所示,當(dāng)物體A與傳送帶一起以2m/s的速率做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),物體與傳送帶之間()
A.無(wú)磨擦力
B.有滑動(dòng)磨擦力,方向沿傳送帶向下
C.有滑動(dòng)磨擦力,方向沿傳送帶向上
D.有靜磨擦力,方向沿傳送帶向下
解析:由于物體A與傳送帶一起做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以二者相對(duì)靜止。假定物體A與傳送帶之間光滑,則物體有沿傳送帶向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以可知物體與傳送帶之間有靜磨擦力,且方向沿傳送帶向下。
故選D項(xiàng)。
例5、把一個(gè)重為G的物體用一個(gè)與時(shí)間成反比的水平推力F(
為恒量)壓在豎直且足夠高的平整墻面上,如圖所示。從
開(kāi)始,物體所受的磨擦力f隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖象是()
解析:物體對(duì)墻上的正壓力在數(shù)值上等于水平推力F,即
。開(kāi)始階段,由于
,物體加速下降,所以滑動(dòng)磨擦力
,這表明f隨時(shí)間t成反比降低,同時(shí)物體向上的合力減少,加速度降低,但是速率卻漸漸減小;當(dāng)
時(shí)物體所受的合力、加速度為零,速率達(dá)到最大值;因?yàn)閼T性,隨后物體將繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),f也繼續(xù)隨時(shí)間t成反比降低,有
,物體的合力、加速度方向向下,且大小逐步減小,物體做減速運(yùn)動(dòng);當(dāng)速率降低為零時(shí),物體由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱陟o止?fàn)顟B(tài),所以物體遭到的滑動(dòng)磨擦力也“突變”為靜磨擦力,按照平衡條件可得此時(shí)刻之后的靜磨擦力大小為
。
所以能描述整個(gè)過(guò)程中的磨擦力隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象應(yīng)是C項(xiàng)。
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