力学复习再回首摩擦力.ppt

力学复习 再回首摩擦力 江苏省常州高级中学刘立亮 学习目标 进一步理解和掌握摩擦力的概念 掌握摩擦力的分析方法及其做功特点学习重点 摩擦力的分析和计算学习难点 摩擦力的分析和计算 更多资源 一 从现象说起 例1 如图 在两伸直的食指上水平地架一根均匀的横棒 起初两手指分别架在棒的两端 请你缓慢移动两指 使两手指的距离缩小 直到二指并拢 多做几次 并仔细观察 说出看到的现象 并解释之 启示一 摩擦力是高中力学中的常见力 也是力学学习过程中的重点和难点之一 能否正确认识摩擦力 对学习后面相关的知识起着至关重要的作用 由例1可见 摩擦力具有两个显著特点 1 接触性 2 被动性 所谓接触性 即指物体受摩擦力作用物体间必直接接触 反之不一定成立 所谓被动性是指摩擦力随外界约束因素变化而变化 熟知的是静摩擦力随外力的变化而变化 大小0 fm 滑动摩擦力也随正压力的变化而变化 大小f滑 N 一般情况下fm略大于f滑 启示二 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 例2 高考题 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 BD 从误区说起 误区之一 摩擦力方向总是与物体的运动方向在同一直线上 例3 如图所示 质量为m的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的k倍 它与转台转轴OO 相距R 物块随转台由静止开始转动 当转速增加到一定值时 物块即将在转台上滑动 在物块由静止到相对转台开始滑动前的这一过程中 转台对物块做的功为 A 0B 大于kmgR 2C 等于kmgR 2D 小于kmgR 2 解 因为物块随转台一起做加速度圆周运动 所以转台施给物块的静摩擦力有两个作用效果 一是提供做圆周运动的向心力 并且随转速增大而增大 二是提供切向力用来增大线速度的大小 受力如图 fm kmg f心 fm kmg fm f心 f切 由动能定理 W mv2 2 1 f心 mv2 R 2 所以得 W f心R 2 kmgR 2 从误区说起 误区之一 摩擦力方向总是与物体的运动方向在同一直线上 例3 如图所示 质量为m的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的k倍 它与转台转轴OO 相距R 物块随转台由静止开始转动 当转速增加到一定值时 物块即将在转台上滑动 在物块由静止到相对转台开始滑动前的这一过程中 转台对物块做的功为 A 0B 大于kmgR 2C 等于kmgR 2D 小于kmgR 2 D 启示三 摩擦力的方向既可以跟物体的运动方向相同 动力 也可以跟物体的运动方向相反 阻力 即摩擦力方向可以跟物体运动方向在同一条直线上 由本例可知 摩擦力的方向又可以跟物体的运动方向垂直 匀速圆周运动 也可以跟物体的运动方向成一个定角度 加速圆周运动 即摩擦力方向可以跟物体运动方向不在同一条直线上 但 摩擦力的方向总是跟物体的相对运动或相对运动趋势方向相反 的 从误区说起 误区之二 认为相互接触的物体间存在两个摩擦力 例4 如图2所示 在倾角 30 的粗糙斜面上放一重量为G的物体 物体能保持静止 现在用与斜面底边平行的力F G 2推物体 物体恰能做匀速直线运动 则物体与斜面之间的滑动摩擦因数是多少 A同学的解 因为物体有沿斜面下滑的趋势 所以受到一个沿斜面向上的静摩擦力f1 GSin 又因为物体在推力F的作用下 应沿水平方向匀速滑动 受到一个与F方向相反的滑动摩擦力作用f2 N mgcos F所以 3 3 f1 f2 解 受力如图 物体在推力及重力平行斜面的分力作用下 沿斜面斜下方向作匀速直线运动 故物体只受到一个与其运动方向相反 沿斜面斜上方向 的滑动摩擦力作用 f N Gcos F2 GSin 2 1 2 得 2 3 1 2 启示四 由例3和例4可知 物体相对接触面有相对运动或相对运动趋势时 一个接触面只能受到一个与相对运动或相对运动趋势方向相反的摩擦力的作用 这个摩擦力可以有两个作用效果 但不是同时受到两个摩擦力 从误区说起 误区之三 静止的物体受到静摩擦力的作用 运动的物体受到滑动摩擦力的作用 启示五 静止的物体受到摩擦力不一定是静摩擦力 只有与接触面相对静止的物体受到摩擦力才是静摩擦力 运动的物体受到摩擦力不一定是滑动摩擦力 只有与接触面相对滑动的物体受到摩擦力才是滑动静摩擦力 从误区说起 误区之四 摩擦力大小总与物体间正压力成正比 例6 小明手握着一个装有水的瓶子 小明越用力 小明对瓶子的摩擦力就越大 例7 如图所示 把一重为G的物体 用一个F kt的水平推力压在足够高而平整的竖直墙壁上 t 0时物体的速度为零 试画出物体所受的摩擦力f随时间t变化的图象 f t o G 2G 高一物理新教材必修1 人教版 第61页的两副图 能反映出摩擦力的什么特点 启示六 在研究摩擦力时 要特别注意物体间的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力 因为二者的大小计算是不同的 滑动摩擦力的大小跟压力N有关 与引起滑动摩擦力的外力的大小无关 而静摩擦力的大小跟压力N无关 由引起这个摩擦力的外力决定 但最大静摩擦力的大小跟压力N有关 因此 在确定摩擦力的大小时 静摩擦力的大小应由引起静摩擦力的外力大小和运动状态来确定 不能用f N计算 动静摩擦 首先分清 状态求静 公式求动 压力大小 定要分明 若论方向 相对为要 从误区说起 误区之五 只要有摩擦力做功 就会 生热 例8 质量为2千克的物体A叠放在4千克的长木板B上 已知A B间的动摩擦因数为0 5 在水平拉力F的作用下在光滑水平面上由静止开始运动 1 当F 12N时 1秒内系统摩擦生热情况如何 2 当F 18N时 1秒内系统摩擦生热情况如何 解 先判断A B间的摩擦力是哪种摩擦力 设外力为F时 A B恰好出现相对滑动 则对A F m1g m1a1 则对B m1g m2a2 有 a1 a2 代入数据解得 F 15N 解 1 所以当F 12N时 A B相对静止 虽然此时F大于 m1g 则对AB整体 F m1 m2 a 代入数据解得 a 2m s2 于是 S at2 2 1m V at 2m s 则对A WF Wf m1v2 2 0 得 Wf 8J 则对B Wf m2v2 2 0 得 Wf 8J 系统内摩擦力做的总功为 W总 Wf Wf 0热Q FS m1v2 2 m2v2 2 0J W总 可见一对静摩擦力做功系统不产生 热 2 所以当F 18N时 A B相对滑动 代入数据解得 a1 4m s2 于是 S1 a1t2 2 2m V1 a1t 4m s 则对A Wf m1gS1 20J 系统内摩擦力做的总功为 W总 Wf Wf 7 5J 可见一对滑动摩擦力做功系统产生 热 则对A F m1g m1a1 得 a2 2 5m s2 于是 S2 a2t2 2 1 25m V2 a2t 2 5m s 则对B Wf m1gS2 12 5J 则对B m1g m2a2 热Q FS1 m2v22 2 m1v12 2 7 5J W总 且fS相 f S1 S2 7 5J W总 Q 启示七 一对静摩擦力做的总功为0 不生 热 静摩擦力只是起着 转手 作用 通过摩擦力做功 把机械能从A转移给B 而一对滑动摩擦力做功才生 热 其值等于摩擦力的大小与相对位移的乘积 即 Q f滑 S相 小结 摩擦力发生在相互接触且挤压 粗糙而又发生相对运动或是具有相对运动趋势的两物体间 其效果总是起着阻碍两物体间相对运动的作用 高中阶段主要是f滑和f静两种 摩擦力的方向与运动方向可能相同 可能相反 可能垂直 可能任意任意夹角 可以是动力 也可以是阻力 可以做正功 也可以做负功 也可以不做功 动静摩擦 首先分清 状