吉林省长五中高一物理《第2讲 摩擦力　受力分析》课件.ppt

1 物理 2 第2讲摩擦力受力分析 本讲内容是高考的热点知识 摩擦力与受力分析年年都考 一般是穿插在力学综合 力电综合的计算题或选择题中 主要考查考生的综合分析能力 理解推理能力 本讲复习要求理解滑动摩擦力和静摩擦力的产生条件 能够熟练分析和计算静摩擦力和滑动摩擦力的大小和方向 会分析物体的受力 并能准确画出受力示意图 力的平衡条件与牛顿运动定律是分析静摩擦力的依据 摩擦力的突变问题重在分析物体间的相对运动 趋势 状态的变化 受力分析在中学物理中具有战略意义 用隔离法分析受力时应遵循分析的顺序 知道受力分析的具体内容 知道画力的示意图的四个要求 复习指南 3 第2讲课前热身 1 关于滑动摩擦力 下面哪种说法是对的 a 当物体运动时一定受到滑动摩擦力b 两个相互接触的粗糙物体在发生相对运动时 它们都受到滑动摩擦力 c 滑动摩擦力总是与物体的重力成正比 d 当接触面的性质和正压力的大小确定后 滑动摩擦力是一个恒量 d 4 2 2007届 陕西模拟题 下列关于滑动摩擦力的说法中 正确的是 a 相对运动又相互接触的物体间没有发生挤压 不可能产生摩擦力 b 滑动摩擦力方向一定和物体间相对运动的方向相反 c 两个物体接触面上的滑动摩擦力方向不一定与其弹力方向垂直 d 静止的物体不可能受到滑动摩擦力的作用 ab 解析 由摩擦力产生的条件可知 选项 a是正确的 根据摩擦力方向与物体相对运动方向相反可知选项b是正确的 c d都是错误的 第2讲课前热身 5 3 如右图所示 一木块放在水平桌面上 在水平方向共受到三个力即f1 f2和摩擦力作用 木块处于静止状态 其中f1 10n f2 2n 若撤去力f1 则木块在水平方向受到的合力为 d 解析 未撤去f1前 木块静止 说明木块所受静摩擦力f f1 f2 8n 方向向左 也说明了最大静摩擦力至少为8n 当撤去f1后 在f2作用下 木块有向左滑动趋势 地面给木块的静摩擦力方向变为向右 大小f f2 2n 小于最大静摩擦力 故木块仍保持静止 所受合力为零 a 10n 方向向左 b 6n 方向向右 c 2n 方向向左d 零0 第2讲课前热身 6 4 如右图所示 甲 乙两物体叠放在水平面上 用水平力f开始拉物体乙 它们仍保持静止状态 甲 乙间接触面也为水平面 则乙物体受力的个数为 c 解析 隔离物体乙 按重力 弹力 摩擦力的顺序 围绕物体周围的接触面进行分析 a 3个b 4个 c 5个d 6个 第2讲课前热身 7 5 如下图所示 在一粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2 中间用一原长为l 劲度系数为k的弹簧连接起来 木块与地面间动摩擦因数为 现用一水平力向右拉木块2 当两木块一起匀速运动时 两木块之间的距离是 第2讲课前热身 8 解析 对木块1 f弹 ff m1g 又f弹 kx 因此 两木块间距离为l x l 答案 a 第2讲课前热身 9 第2讲考点整合 一 摩擦力 静摩擦力 滑动摩擦力 产生条件 接触面粗糙 物体间有相互挤压的弹力 有相对运动或相对运动的趋势 作用效果 阻碍物体的相对运动或相对运动趋势 方向 与接触面相切 与物体自身的相对运动或相对运动趋势的方向相反 大小 1 滑动摩擦力 f fn 2 静摩擦力 在0至最大静摩擦力之间变化 一般近似认为最大静摩擦力等于 fn 10 二 受力分析基本方法 隔离法 按场力 弹力 摩擦力再其他力的顺序分析 说明 1 力的存在与否要根据力的产生条件或运动状态假设法分析 2 力的方向依据常见力的方向的结论确定 3 力的示意图要能大致反应各力的大小关系 4 受力分析时应谨防漏力 多画力 作图不规范 研究对象混淆等错误 第2讲考点整合 11 第2讲重点探究 探究点一摩擦力的大小的分析方法 例1如右图所示 用一水平推力f kt k为常数 t为时间 把重为g的物体压在足够高的平直的竖直墙上 则从t 0开始 物体受到的摩擦力随时间的变化图像是下图中的 12 第2讲重点探究 13 解析 物体受到的动摩擦力ff kt随时间的增加而从零开始增加 开始时 ff g 物体向下做加速运动 当ff kt g时 物体的速度最大 此后ff g 物体做减速运动 当速度减为零时 物体处于静止 动摩擦力变为静摩擦力 大小突变为与重力大小相等 点评 计算摩擦力的大小时 首先应弄清楚摩擦力的类型 若为滑动摩擦力 一般是利用f fn进行计算 若为静摩擦力 一般利用平衡条件分析 另外 摩擦力也可利用牛顿运动定律进行分析 答案 b 第2讲重点探究 14 变式题 2006年 全国理综 卷 如下图所示 位于水平桌面上的物块p 由跨过定滑轮的轻绳与物块q相连 从滑轮到p和到q的两段绳都是水平的 已知q与p之间以及p与桌面之间的动摩擦因数都是 两物块的质量都是m 滑轮的质量 滑轮上的摩擦都不计 若用一水平向右的力f拉p使它做匀速运动 则f的大小为 第2讲重点探究 15 解析 以q为研究对象 q在水平方向受绳的拉力f1和p对q的摩擦力ff1作用 由平衡可知 f1 ff1 mg以p为研究对象 水平方向受外力f 绳的拉力f2 q对p的摩擦力f f1和地面对p的摩擦力ff2 由平衡条件知 f f2 f f1 ff2ff2 fn 2mg 由牛顿第三定律知 f1 f2 mg f f1 ff1 mg 代入得 f 4 mg 点评 计算滑动摩擦力时 除了考虑接触面的正压力的大小外 还应注意物体存在的 双面摩擦 答案 a a 4 mgb 3 mgc 2 mgd mg 第2讲重点探究 16 探究点二摩擦力的方向的分析 例2水平皮带传输装置如右图所示 o1为主动轮 o2为从动轮 当主动轮顺时针匀速转动时 物体被轻轻地放在a端皮带上 开始时物体在皮带上滑动 当它到达位置c后停止滑动 之后就随皮带一起匀速运动 直至传送到目的地b端 在传送过程中 若皮带与轮不打滑 则关于物体受到的摩擦力和图中p q两处 在o1 o2连线上 皮带所受摩擦力的方向的正确说法是 第2讲重点探究 17 a 在ac段物体受水平向左的滑动摩擦力 p处皮带受向上的滑动摩擦力 b 在ac段物体受水平向右的滑动摩擦力 p处皮带受向下的静摩擦力 c 在cb段物体不受静摩擦力 q处皮带受向下的静摩擦力 探究点二摩擦力的方向的分析 第2讲重点探究 18 d 在cb段物体受水平向右的静摩擦力 p q两处皮带始终受向下的静摩擦力 探究点二摩擦力的方向的分析 解析 当物体被轻轻放在皮带a端时 其初速度为零 物体相对皮带向左运动 物体受到水平向右的滑动摩擦力 使物体相对地面向右加速 当物体与皮带等速时 两者无相对运动趋势 两者之间无摩擦力作用 物体在重力和皮带的支持力作用下匀速运动 假设主动轮o1与皮带间无摩擦力作用 则当o1顺时针转动时 o1与皮带间将会打滑 此时p点将相对于 第2讲重点探究 19 探究点二摩擦力的方向的分析 o1轮向上运动 因此 p点受向下的静摩擦力作用 同理 当皮带顺时针转动时 q点相对轮有向上运动趋势 因此 q点受向下的静摩擦力作用 点评 本题在c处是摩擦力的突变点 在此之前 物体相对皮带有相对运动 存在滑动摩擦力 且方向与接触物的相对运动方向相同 指向右方 在此之后 物体相对皮带无相对运动趋势 不存在静摩擦力 另外 主动轮与从动轮的区别在于相对运动趋势的差别 此处要认真比较 答案 bc 第2讲重点探究 20 探究点三摩擦力的动态分析 例3如下图所示 一个质量为m的物体放在水平放置的木板上 它们之间的动摩擦因数为 现缓慢抬起木板的右端 使木板绕另一端逆时针转动 直到木板处于竖立为止 试定性画出物体在此过程中所受的摩擦力的大小与 的关系图像 假定物体的最大静摩擦力的大小与滑动摩擦力的大小相等 第2讲重点探究 21 解析 本题是动态变化分析类题目 一定要注重过程分析 分两个阶段 1 开始 0 ff 0 2 静摩擦力的大小分析 开始一段时间 物体相对木板静止 所受的是静摩擦力 缓慢竖起时 可认为物体处于平衡状态 由力的平衡关系可知 静摩擦力大小等于物体重力沿斜面向下的分力 ff mgsin 因此 静摩擦力随 的增大而增大 它们呈正弦规律变化 图线为正弦函数图像 第2讲重点探究 22 3 在物体刚好滑动时 满足mgsin mgcos 所以 arctan 此时摩擦力大小ff mgsin arctan 4 滑动摩擦力的大小分析 当物体相对于木板滑动后 所受的是滑动摩擦力 滑动摩擦力ff fn fn的大小等于重力沿垂直斜面方向的分力 所以 ff mgcos 因此 滑动摩擦力随 的增大而减小 呈余弦规律变化 图线为余弦函数图像 第2讲重点探究 23 5 最后 ff 0综上所述 在木板缓慢竖起的过程中 物体所受摩擦力先增大 后减小 其关系图像为下图所示的图像 第2讲重点探究 24 点评 1 静摩擦力大小与方向被动地由其他外力所决定 具体可由力的平衡条件分析 滑动摩擦力大小与方向被动地由接触面的正压力与动摩擦因数所决定 具体可由滑动摩擦定律或牛顿运动定律进行分析 通常认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力 2 本题还应注意分析特殊位置的摩擦力 0 时 因物体间无相对运动 摩擦力为零 90 时 因压力为零 摩擦力也为零 3 当物体在斜面恰能匀速滑动时 有下列结论 mgsin mgcos arctan 这一结论往往在习题中是以隐含条件出现的 第2讲重点探究 25 变式题 2007年 浙江模拟题 如下图所示 有一个重量为20n的小物体放在斜面上 斜面底边长ab 40cm 高bc 30cm 物体与斜面之间的动摩擦因数为 0 5 物体在一沿斜面向上的大小为f 20n的力作用下处于静止状态 现将力f顺时针转动至水平向右 则此时的摩擦力大小为 第2讲重点探究 26 a 10nb 14n c 8nd 4n 解析 由数学知识可知 sin 0 6 cos 0 8 当f沿斜面向上时 重力沿斜面向下的分力为mgsin 12n 根据平衡条件可知 摩擦力应该沿斜面向下 大小为8n 而最大静摩擦力至少为8n 故当f的方向变为水平向右时 物体还应该处于静止状态 当f的方向为水平向右时 由平衡条件得fcos mgsin ff 代入数据得ff 4n 故选项d是正确的 答案 d 第2讲重点探究 27 探究点四受力分析的要求 例4如下图所示 静止的光滑斜面a上有一物体b被绳系着处于静止状态 现有一位同学对物体b进行了受力分析 他认为 物体b受到了重力g 支持力fn 压力fn 下滑力gx 拉力ft 摩擦力ff六个力的作用 并作出了它的受力示意图如下图右图 你认为他所作的受力分析及受力示意图存在哪些问题 试指出来 并请作出正确的受力示意图 第2讲重点探究 28 解析 此同学一共存在下列几个问题 1 物体b不另外受下滑力 将重力的分力作为物体的受力等于是重复考虑了重力 2 拉力方向应沿绳的方向 3 研究对象弄错 物体b不受压力 第2讲重点探究 29 4 表示力的大小的线段长度比例不协调 例如重力g与拉力ft的大小不协调 5 无中生有 在斜面光滑的情况下 a物对b物的摩擦力ff不存在 6 表示力的字母重复 如支持力与压力均用fn表示 正确解答 物体一共受三个力作用 重力g 支持力fn 拉力ft 其受力示意图如下图所示 第2讲