2013高考物理 考点训练例题精析 专题02 摩擦力专题

1 摩摩擦擦力力专专题题 一 明确摩擦力产生的条件 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 由于不明确摩擦力产生的条件 导致答题错误的事 是经常发生的 例例 1 1 1994年全国考题 如图 1所示 C是水平地 面 是两个长方形物块 F是作用在物块上沿水AB 平方向的力 物体和以相同的速度作匀速直綫运动 AB 由此可知 间的 动摩擦因数和 间的动AB 1 BC 摩擦因数有可能是 2 A 0 0 B 0 0 1 2 1 2 C 0 0 D 0 0 1 2 1 2 解析 本题中选 整体为研究对象 由于受推力的作用做匀速直线运动 可AB 知地面对的摩擦力一定水平向左 故 0 对 A受力分析 可知 水平方向不受力 2 可能为 0 可能不为 0 正确答案为 B D 1 二 了解摩擦力的特点 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 这种特点已经包括在摩擦力产 生的条件里 这里不赘述 对于摩擦力的被动性 现仔细阐述 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 例例2 2 1992年全国考题 如图2所示 一木块放在水平桌面上 在水平方向共受 到三个力 即 和摩擦力作用 木块图 2处于静止 1 F 2 F 状态 其中 10N 2N 若撤去力 则木块在 1 F 2 F 1 F 水平方向受到的合力为 A 10N 方向向左 B 6N 方向向右 C 2N 方向向左 D 零 解析 没有撤去时 物体所受合外力为零 此时静摩 1 F 擦力大小为 8N 方向 向左 撤去以后 物体在作用下不可能沿水平方向发生 1 F 2 F 运动状态的改变 物体仍保拧静止 此时地面对物体的静摩擦力大小为2N 方向 向右 从上述分析可见静摩擦力是被动力 答案应为 D 对于滑动摩擦力同样具 有被动性 三 把握摩擦力大小和方向的计算和判断 中学物理只谈静摩擦和滑动摩擦两种 滚动摩擦不讲 其中没有具体的计算 静 f 公式 是随外力变化的范围值o 一般根据 1 平衡条件求 2 根据物 静 f max f 体运动状态 由牛顿运动定律求 而不但可根据上述的 1 2 方法求 还可 静 f 图 2 1 F 2 F 图 1 2 以用公式计算Nf 滑 例例3 3 如图 3所示 质量为 带电量为 q的小物体 放在磁感应强度为B的匀m 强磁场中 粗糙挡板 ab的宽度略大于小物体厚度 现给带电体一个水平冲量 试I 分析带电体所受摩擦力的情况 解析 带电体获得水平初速它在 它在mIv 0 磁场中受洛仑兹力和重力 mqBIBqvf 0 洛 mgG 若 则带电体作匀速直线运动 不受摩擦力作用 Gf 洛 若 则带电体贴着 a板前进 滑动摩擦力 速Gf 洛 mgqvBNf 滑 度越来越小 变小 当减小到 又有 它又不受摩擦力作用而 滑 fv 0 vmgBqv 0 匀速前进 若 则带电体贴着 b板前逆 滑动摩擦力 Gf 洛 qvBmgNf 滑 它减速运动动直至静止 而却是变大的 滑 f 这充分说明也是具有被动性 所以摩擦力是被动力 了解摩擦力的上述特点 滑 f 在解题时就能因题致宜 灵活地思考 少走弯路 避免出错 对于滑动摩擦力的大小 还必须了解其与物体运动状态无关 与接触面积大小 无关的特点 例例4 4 如图4所示 一质量为m的货物放在倾角为 的传送带上 随传送带一起向上或向下做加速运动 设加速度大小为 试求两种 情况下货物所受的摩擦力 解析 物体m向上加速运动时 由于沿斜面向下有重力的分力 所以要使物体随传送带向上加速运动 传送带对物体的摩擦力必定沿 传送带向上 物体沿斜面向下加速运动时 摩擦力的方向要视加速度 的大小而定 当加速度为某一合适值时 重力沿斜面方向的分力恰好提供了所需的合外力 则摩擦力为零 当加速度大于此值时 摩擦力应沿斜面向下 当加速度小于此值时 摩擦力 应沿斜面向上 向上加速运动时 由牛顿第二定律 得 所以F mgsina ma 方向沿斜面向上 向下加速运动时 由牛顿第二定律 得 mgsina F ma 设F沿斜面向上 所以F mgsina ma 当a0 与所设方向相同 沿斜面向上 当a gsina时 F 0 即货物与传送带间无摩擦力作用 当a gsina时 F 0 与所设方向相反 沿斜面向下 小结 当物体加速运动而摩擦力方向不明确时 可先假设摩擦力向某一方向 然后 应用牛顿第二定律导出表达式 再结合具体情况进行讨论 例例5 5 如图5所示 质量 M 10Kg的木楔 ABC静止于水平地面上 动摩擦因数 0 02 在木楔的倾角 为300的斜面上有一质量 m 1 0 kg的物块由静止 开始沿 斜面下滑 当滑行路程S 1 4m时 其速度 s 1 4m s 在此过程中木楔没有 动 求地面对木楔的摩擦力的大小和方向 g取10 m s 解析 地面对木楔的摩擦力为静摩擦力 但不一定为最大静摩擦力 所以不能由 F F 来计算求得 只能根据物体匀运动情况和受力情况来确定 物块沿斜面匀加速下滑 由可求得物块下滑的加速度asvvt2 2 0 2 22 2 5sin 7 0 2 smgsm s v a t 图 3 a b m 图 4 3 可知物块受到摩塔力的作用 此条件下 物块与木楔受力情况分别如图6 7所示 物块沿斜面以加速度Q 下滑 对它沿斜面方向和垂直于斜面方向由牛顿第二定律 有 mgsin 一 F 1 ma mgcos FN1 0 木楔静止 对它沿水平方向和竖直方向由牛顿第二定律 并注意 F 1 与 F 1 F F N1与 FN1 等值反向 有 F 2 F 1cos FN1sin 0 0 112 SinFCOSFMgF NN 由上面各式解得地面对木楔的摩擦力 NNma mamgmgCOSFFF N 61 0 2 3 7 00 1cos sin sin sincossin 112 此力方向与所设方向相同 由C指向B 另外由以上几式联立还可以求出地面对木楔的支持力 gmMNNN mamgMgmamgmgMgFN 65 109 2 1 7 00 11011 sinsin sin cos2 2 显然 这是由于物块和木楔系统有向下的加速度而产生了失重现象 对此题也可以系统为研究对象 在水平方向 木楔静止 加速度为零 物块加速度水平 分量为 对系统在水平方向由牛顿第二定律 有 cosaax NmaF61 0 cos 2 答案 0 61 N 方向由 C一B 小结 1 静摩擦力的大小是个变量 它的大小常需要根据物体的运动状态及摩擦 力与物体所受其他力的关系来确定 2 由此题可看出 研究对象的选取对解题步骤的简繁程度有很大的影响 练练习习 1 如图 8所示 位于斜面上的物块 m在沿斜面向上的力 F作用下 处于静止状态 则斜面作用于物块的静摩擦力 方向可能沿斜面向上 方向可能沿斜面向下 大小可能为零 大小可能等于 F以上判断正确的 是 D D A 只有 B 只有 C 只有 D 都正确 2 2004年连云港第二次调研题 某人在乎直公路上骑自 行车 见到前方较远处红色交通信号灯亮起 他便停止蹬车 此后 的一段时间内 自行 F 1FN1 mg 图 6 B F 1 F 2 mg FN2 F N1 图7 A C 图 8 4 车前轮和后轮受到地面的摩擦力分别为和 则 C C 前 f 后 f A 向后 后向前 B 向前 向后 前 f 后 f 前 f 后 f C 向后 向后 D 向前 向前 前 f 后 f 前 f 后 f 3 如图9所示 重 6N的木块静止在倾角为 300的斜面上 若用平 行于斜面沿水平方 向 大小等于 4N的力F推木块 木块仍保持静止 则木块所受的摩擦 力大小为 C C A 4 N B 3 N C 5 N D 6 N 4 2004年乐山调研题 如图10所示 质量为 m的木块 P在质 量为M的长木板 A上滑行 长木板放在水平地面上 一直处于静止状 态 若长木板 A与地面间的动摩擦因数为 木块P与长板 A间的 1 动摩擦因数为 则长木板 ab受到地面的摩擦力大小为 C C 2 A B C DMg 1 gMm 1 mg 2 mgMg 21 5 2004年黄冈调研题 如图11所示 在粗糙水平面上有一个三角形木 块 在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量为m1和m2的小木块 已知三角形木 21 mm 块和两个小木块均静止 则粗糙水平面对三角形木块 A A A 没有摩擦力作用 B 有摩擦力作用 摩擦力方向水平向右 C 有摩擦力作用 摩擦力方向水平向左 D 有摩擦力作用 但其方向无法确定 因为m1 m2 的数值并未给出 21 和 6 2004年宁波期末试题 某空间存在着如图 l2所示的水平方向的匀强磁场 A B两个物块叠放在一起 并置于光滑的绝缘水平地面上 物块 A带正电 物块 B为 不带电的绝缘块 水平恒力 F作用在物块 B上 使 A B一起由静止开始水平向左运 动 在 A B一起水平向左运动的过程中 关于A B受力情况的以 下说法 正确的 是 B B A A对B的压力变小 B B对A的摩擦力保持不变 C A对B的摩擦力变大 D B对地面的压力保持不变 7 如图13所示 一直角斜槽 两槽面夹角为90 对水平面夹 角为30 一个横截面为正方形的物块恰能沿此槽匀速下滑 假定两 槽面的材料和表面情况相同 问物块和槽面间的动摩擦因数为多少 解析 因为物块对直角斜槽每一面的正压力为 mgcos cos45 所以当物体匀速下滑时 有平衡方程 mgsin 2 mgcos cos45 mgcos 所以 2 6 6 3 3 2 1 tan 2 1 8 质量 m 1 5Kg的物块 可视为质点 在水平恒力 F的作用下 从水平面上 A点由 图 9 m1 m2 1 2 图 11 图 12 图 10 A P V 如图 13 5 静止开始运动 运动一段距离撤去该力 物体继续滑行 t 2 0s停在B点 已知AB两点间 的距离 S 5 0m 物块与水平面间的动摩擦因数 求恒力 F为多大 g 10m s2 20 0 解析 设撤去力前物块的位移为 撤去力时物块的速度为 物块受F 1 SFv 到的滑动 摩擦力mgF 1 对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得mvtF 0 1 由运动学公式得t v SS 2 1 对物块运动的全过程应用动能定理0 11 SFFS 由 以上各式得 2 2 2 gts mgs F 代入数据解得NF15 9 如图14所示 静止在水平面上的纸带上放一质量 m为的小金属块 可视为质点 金属块离纸带右端距离 为L 金属块与纸带间动摩擦 因数为 现用力向左将 纸带从金属块下水平抽出 设纸带加速过程极短 可认 为纸带在抽动过程中一直做匀速运动 求 1 属块刚开始运动时受到的摩擦力的大小和方向 2 要将纸带从金属块下水平抽出 纸带的速度 v应满足的条件 解 析 1 金属块与纸带达到共同速度前 金属块受到的摩擦力为 mgf 方向向左 2 出纸带的最小速度为即纸带从金属块下抽出时金属块速度恰好等于 0 v 0 v 对金属块 maf atv 0 金属块位移 纸带位移 2 1 2 1 ats tvs 02 两者相对位移 解得 lSS 12 glv 2 0 故要抽出纸带 纸带速度glv 2 10 如图15所示 物块和斜面体的质量分别为m M 物块在 平行于斜面的推力 F作用下沿斜面加速度 a向上滑动时 斜面 体仍保持静止 斜面倾角 为 试求地面对斜面 体的支持力和 v L A 图 14 M m F a 图 15 6 摩擦力 解析 由于小物块沿斜面加速上升 所以物块与斜面不能看成一个整体 应分别 对物块与斜面进行研究 1 取物块为研究对象 受力分析如图16所示 由题意得 cos 1