初中物理竞赛教程(基础篇)第8讲-弹力和摩擦力

第八次弹力和摩擦力8.1学习提要我们知道可以从不同的角度对力进行分类。 例如根据力的性质，有重力、弹性、摩擦力、分子力、电磁力等。 在第7话学习了重力，但在本话主要学习了弹力和摩擦力。8.1.1弹性1 .概念物体变形时，为了复原，对变形的物体作用力的力称为弹力。2 .弹性条件弹力是接触力，虽然可能只在两个直接接触的物体之间产生弹力的作用，但变形是产生弹力的必要条件。 例如，如图8-1所示，块状a靠在墙壁上，块状a与墙壁接触，但是因为没有被压迫，所以物体间没有弹性作用。 向左的推力作用于木块a的话，木块a被墙壁推压，a和墙壁变形，此时a和墙壁之间有弹力作用。 因此，基于弹力的条件可以理解为两个物体相互推压。3 .方向弹力的方向与物体变形的外力的方向相反，总是与接触面垂直。 例如，书放在桌子上，按压桌子上，在桌子上施加向下的弹力。 这个力是桌子上受到的压力，桌子上复原。 对书施加向上的弹力。 这个力是桌子上支撑书的力。4 .尺寸弹力的大小与物体的材质和产生的变形的大小有关。8.1.2摩擦力1 .概念互相推压的两个物体的接触面间很粗，有相对运动或相对运动的倾向的情况下，阻碍接触面间产生的物体的相对运动的力称为摩擦力。2 .方向摩擦力的方向与物体间的相对运动和相对运动的倾向相反，与接触面接触。3 .分类摩擦力包括滑动摩擦力、静摩擦力和滚动摩擦力。(1)折动摩擦力：相互接触的两个物体之间发生相对折动时受到的力称为折动摩擦力。 其作用是阻碍物体的相对滑动，其大小与接触面的粗糙度和接触面间的压力大小有关。(2)静摩擦力：两个相对静止的相互接触，被按压的物体之间有相对运动倾向的话，就会产生静摩擦力。 其大小根据外力的变化而变化，变化有一定的范围。 例如，静止在地面上的箱子，即使用水平力用力也不动，显示箱子和地面上有静止摩擦力。 此时，静止摩擦力的大小等于水平力。 推力逐渐增大时摩擦力也变大，推力增大到某个值时箱子开始移动时的静摩擦力称为最大静摩擦力。 静摩擦力并不总是一定的，根据推力的变化而变化，方向也有可能变化。(3)滚动摩擦力：物体在滚动的同时受到阻碍运动的滚动摩擦，当接触面间的粗糙程度和压力相同时，物体间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。说明：摩擦力不一定是阻力，可能成为移动物体的动力。8.2难点的说明8.2.1弹簧力大小的确定胡克定律：弹簧力的大小与弹簧的伸长(或收缩)的长度成正比。 公式是：公式中的k称为弹簧的刚性系数，单位是N/m，l是弹簧的形状变量。 k的值越大，弹簧越硬，相反，弹簧越软。挂钩法则必须在弹性限度内应用，如果不能超过弹性限度恢复变形，挂钩法则就不充分。 伸长(收缩)的长度=|伸长的长度(l)-原始长度(lo)|。 解决问题的时候要明确“长了”、“长了”和“原长”的意思。8.2.2滑动摩擦力的大小两个物体间的折动摩擦力的大小可以用f= N计算。 这里，n是物体间的压力的大小，是物体间的折动摩擦系数(与物体材料、接触面的平滑度相关，与接触面的大小、相对运动的速度无关。 (请参见。)8.3例题分析8.3.1弹性方向的判定例1请具体判断图8-2的各物体受到的力的方向。 其中，(a )、(b )是静止在支撑面上的木头块，(c )是静止在水平面上的球(d )是层叠在直筒上的两个相同的平滑的球，(e )靠在台阶上，均匀的直棒(f )斜靠在碗面上，均匀的直棒(f )【拨点】请注意绳索、直棒和接触面的弹力的差异。图(a )和图(b )的面与面接触，物体a受到的弹力方向与接触面垂直。 (c )图和(d )图的圆弧(或球面)与平面接触，柱体(或球体)受到平面的弹力，通过圆弧面(或球面)与平面的接触点，与平面垂直地指向中心(或球心)的圆弧面和圆弧面(或球面和球面)的接触部的弹簧力方向，必须与两圆弧面的中心(e )图和(f )图是两杆受到的弹力的方向。 虚线接触(2图的两个a点等)、点面接触(图e的b点等)。 点与圆弧(或球面)的接触(图(f )中的c点)都垂直于越过接触点的切线(或切断面)。(g )图和(h )图是绳状(或链状)物体的弹性方向的确定，对这种物体只施加拉力，不能承受压力。 其应变的方向与那里的线状物的切线方向一致，在(g )图中，锤受到绳索拉伸力的方向与绳索伸长(即应变)方向相反，(h )图中绳索作用于a点的方向是超过a点的切线方向。如图8-3所示。8.3.2摩擦力的判定如图8-4所示，如果物体a不静止在斜面上，则物体a ()a .一定会受到摩擦力的作用b .不受摩擦力的作用c .摩擦力有可能起作用d .无法判断【点拨】可以利用摩擦力发生条件的知识来判断。【解析】a物体放置在斜面上，有沿着斜面向下运动的倾向。 根据摩擦力的概念，一个物体倾向于相对于另一个物体运动，另一个物体产生阻碍该物体运动倾向的摩擦力。 因此，摩擦力一定会作用于a物体。【回答】a【反省】进一步深入分析的话，物体静止在所接触的斜面上，判断a物体受到的摩擦力是静止摩擦力，物体在斜面下滑动，阻碍摩擦力的方向在斜面上上升。8.3.3传动系统摩擦的判定图8-5显示的是皮带和传动的示意图，O1是驱动轮，O2是从动轮，两轮水平放置，如果驱动轮顺时针等速旋转，重的10牛的物体会和皮带一起移动，皮带和两轮之间没有相对滑动。 物体和皮带间的最大静摩擦力为5牛时，图中皮带上p、q上的摩擦力方向为()a .上、下b .下、上c .上、上d .下、下【拨号】可以用摩擦力的概念来判断，但要注意对象是皮带。【解析】驱动轮在p点相对于传动带有向下的运动倾向，施加给传动带的摩擦力方向向上，对传动带施加向下的摩擦力，传动带在q点相对于从动轮有向上的运动倾向，从动轮相对于传动带有向下的摩擦力，因此d选项正确。【回答】d【反省】在传动装置中，驱动轮受到的摩擦力的方向与相对运动倾向的方向相反。 从动轮受到的摩擦力的方向与相对运动倾向的方向相同。 根据这个原则，判断自行车前轮和后轮受到的摩擦力的方向。 对汽车来说，哪个轮受到的摩擦力是动力？哪个轮受到的摩擦力是阻力吗？8.3.4弹簧刚度系数的计算把一根刚性系数k的轻弹簧分为两根，一根长度为另一根长度的2倍的话，这两根弹簧的刚性系数分别是多少？【刻度盘】弹簧的力系数记述了弹簧的力和变形的大小的关系，决定弹簧的长度变化后的力系数的大小时，只要掌握力和各级弹簧的变形的对应关系即可。设弹簧长度为l，上端固定，下端吊着g物体，弹簧的伸长量为x，其中原长度为L/3的弹簧的伸长量为x/3，原长度为2L/3的弹簧的伸长量为2x/3，弹簧中的各级的拉伸力在哪里都相等，因此k1=3k，k2=3/2k【答案】k1=3k，k2=3/2k。【反省】一根弹簧的长度变化，其功率因数也变化。 通常采用的方法是，吊起重物后，根据其形状变量与弹簧工厂成比例的关系，决定长度变化后的伸长量，根据钩定律决定弹性的大小、功率因数和形状变量的关系，由此求出新的功率因数。 这里重要的不是弹簧的自重，而是弹簧中的弹力在哪里都相等。 实际上，根据本问题的数据，长度为l的弹簧的功率因数为k，长度为L/3的弹簧的功率因数为3k/2，长度为2L/3的弹簧的功率因数为3k/2，长度之比为3:1:2，功率因数之比为1:3603603603603/2=1/33333a卷1 .支撑力的方向是接触表面，摩擦力的方向是接触表面2 .物体的重力为10N，如图8-6所示，以30N的力将物体按压在垂直的壁面上，物体不移动。 物体受到的摩擦力的方向是.3 .用弹力计测量物体的重力时，物体全部受到_个力。4 .一根绳子受到200N的张力时会被拉伸。 两个人同时向相反方向拉绳子的话，绳子会被_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的力切断。 固定绳子的一端，一个人用力拉绳子的另一端，那个人用力拉到_ _ _ _ _ n时，绳子就被拉。5 .如图8-7所示，在物体m通过带机从低处输送到高处的过程中受到的摩擦力的方向是6 .以下各力中，根据力的性质名称()a .弹力b .拉伸力c .动力d .支撑力关于弹力的原因，以下说法是正确的()a .木块在桌子上受到向上的弹力是因为木块稍微变形了b .木块向桌子上变得有弹性，是因为桌子上发生了微小的变形c .悬挂在悬挂线下的物体被拉向上方，是因为悬挂线稍微变形了d .悬挂在悬架下的物体被向上拉是因为物体稍微变形了8 .以下关于弹力和摩擦力的说法，正确的是()a .相互接触的物体之间一定会有弹性作用b .相互有弹性的物体一定会接触c .相互有弹性的物体之间一定存在摩擦力d .摩擦力相互作用的物体之间可能没有弹性作用9 .如图8-8所示，在光滑的固定半圆槽上放置均匀的直杆时，用凹口支撑杆的力的方向一定会变大()a.a方向b.b方向c.c方向d以上是不同的10 .用弹簧压力计将弹簧切成原来长度的1/5来调整零点，用这个弹簧压力计测量相同物体的重力，弹簧压力计的表示数就变成原来的()a .很大b .很小c .不变d .无法判定11 .小明用两个相同的弹簧力计的首尾测量物体的重力，物体的重量为40N，两个弹簧力计的读数为()a .都是40Nb .都是20Nc .上弹簧计的读数大于下弹簧计的读数d .上弹簧计的读数小于下弹簧计的读数12 .关于摩擦力的以下说法，正确的是()a .摩擦力的大小一定与压力成正比b .摩擦力一定是抵抗力c .摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反d .静摩擦力也可能作用于运动的物体上13 .橡胶鞋底一般有花纹，其主要目的是()a .美观b .减小行驶时的阻力c .加大摩擦d .省材14 .假设所有物体间的摩擦力突然消失，下列现象不会发生()a .静止在水平面上的车容易移动b .静止在水平路面上的车难以移动c .钢笔从手上滑下来，我们不会写字d .沿着铁路的微风驱动列车15 .如图8-9所示，木块放置在粗糙的水平桌子上，外力F1、F2在水平方向上作用于木块，木块处于静止状态。 F1=10N，F2=2N。 去除力F1时，木头块受到的摩擦力是()A. 8N，向右B. 8N方向左C. 2N，方向右D. 2N，方向左16 .描绘了图8-10中物体a受到的弹力，各自的接触面和点是光滑的。17 .如图8-11所示，斜面的球因绳子的拉力而静止，受到30N的重力，斜面的支承力为20N，请强烈地图示这两个力。18 .物体在水平拉力f的作用下，沿着水平粗糙的地面向右移动，当拉力逐渐变大时，请判断物体受到的摩擦力是怎样变化的，请简单地说明理由。19 .物体因水平拉伸力f的作用，沿着水平粗糙的地面向右移动，当物体的运动速度逐渐增大时，请判断物体受到的摩擦力如何变化，并简单地说明理由。20 .请举一个例子简单说明摩擦力是否能成为动力。b卷1 .长10cm的弹簧受到2N的拉力后，长11cm。 如果3N的拉伸力作用于该弹簧上，则弹簧的长度比没有拉伸力时的长度长_cm，如果弹簧的长度为13cm，则拉伸力为_ _ _ _ _ _ n。2 .质量是可以忽略的轻弹簧，有人用两手握住两端，分别用100N的力向两侧拉，弹簧伸长4cm后，该弹簧的力系数k=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 103 n/m (取2位的有效数字)。3 .一块重量为10N，放在水平板上，与板间的最大摩擦力为3N，动摩擦系数为0.25。 (1)此时如果不对物体施加外力，则受到的摩擦力为_ _ _N；(2)对物体分别施加2N、3N、4N向右方向的水平拉力时受到的摩擦力为_ _ _ _ _ n、_ _ _ _ _ _ n、_ _ _ _ _ _方向_ _ _ _ _ _ _ _。4 .如图8-12所示，在水平桌上放置重量为100N的木块，木块和桌间的动摩擦系数=0.25，在木块上施加了水平张力F=26N时，如果能够正好拉动木块，则木块和地面间的最大静止摩擦力为_ _