高中物理之有关滑动摩擦力的一组典型试题的攻克

有关摩擦力的试题，确实有一定的难度，综合性也往往较强，这时候对课本基础知识的深刻理解以及熟悉思路和方法就显得格外重要。有的老师还喜欢按照有关课外资料讲的摩擦角概念进行解答。其实，引入新概念并不一定好，最重要的还是熟悉思路和方法，并且具备实际能力。今天，我们就分享一类有关滑动摩擦力的试题，并强调往年高考试题的引领作用，以引起足够重视。例题一、如图，将质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上．环的直径略大于杆的截面直径．环与杆间动摩擦因数μ=0.8．对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角θ=53°的拉力F，使圆环以a=4.4m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小．【来源】2012年普通高等学校招生全国统一考试理综物理（上海卷）【答案】1N或9N【详解】令Fsin53°=mg，F=1.25N，

当F＜1.25N时，杆对环的弹力向上，受力如图由牛顿定律Fcosθ－μFN=ma，FN＋Fsinθ=mg，解得F=1N；当F＞1.25N时，杆对环的弹力向下，受力如图由牛顿定律Fcosθ－μFN=ma，Fsinθ=mg＋FN，解得F=9N．例题二、如图，将质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上，圆环的直径略大于杆的截面直径，圆环与杆间动摩擦因数μ=0.8，对圆环施加一位于竖直平面内与杆夹角为θ斜右上的拉力F。（1）当θ=53°使圆环以a=4.4m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小（取sin53°=0.8，cos53°=0.6）（2）拉力F变为与杆夹角为α斜右下。当α达某一角度后，无论拉力F多大都拉不动圆环，求此时α最小值的正切。

【来源】江西省宜春市奉新县第一中学2018-2019学年高一上学期期末考试物理试题，类似的题目还出现在上海市复兴高级中学2021-2022学年高二下学期期末在线检测物理试题、上海市华东政法大学附属松江中学2022-2023学年高一上学期1月期末物理试题。【答案】（1）1N或9N；（2）5/4

【分析】（1）分析圆环的受力情况，根据牛顿第二定律和摩擦力公式结合求F的大小；（2）无论拉力F多大都拉不动圆环，说明F的水平分力不大于最大静摩擦力，根据平衡条件和临界条件结合解答；【详解】（1）当FN向上时，受力如图，由牛顿第二定律得，水平方向竖直方向分别有若当FN′向下时受力如图，由牛顿第二定律，水平方向竖直方向分别有

因为，无论拉力F多大都拉不动圆环，即所以α最小值的正切为。【点睛】本题第1小题要分两种情况对物体受力分析，然后根据平衡条件列方程求解，关键是分情况讨论，不能漏解。例题三、22、（15分）如图所示，一质量m=0.4kg的小物块，以v0=2m/s的初速度，在与斜面成某的角度的拉力F作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经t=2s的时间物块由A点运动到B点，AB两点间的距离L=10m。已知斜面倾角θ=30°，物块与斜面之间的动摩擦因数，重力加速度g取10m/s2。（1）求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小。（2）拉力F与斜面夹角多大时，拉力F最小？拉力F的最小值是多少？

来源：2013年山东省高考理综试题物理部分第22题解析：22．(1)设物块加速度的大小为a，到达B点时速度的大小为v，由运动学公式得

联立①②式，代入数据得a=3m/s2③v=8m/s④

(2)设物体所受支持力为FN，所受摩擦力为Ff，拉力与斜面间的夹角为α，受力分析如图所示，由牛顿第二定律得Fcos

α－mgsinθ－Ff=ma⑤Fsin

α＋FN－mgcos

θ=0⑥又Ff=μFN⑦联立⑤⑥⑦式得

例题四、如图甲所示，一质量m=0.4kg的小物块，以v0=2m/s的初速度，在与斜面平行的拉力F作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经t=2s的时间物块由A点运动到B点，A、B之间的距离L=10m。已知斜面倾角θ=30°，物块与斜面之间的动摩擦因数。重力加速度g取10m/s2。求：（1）物块到达B点时速度和加速度的大小；（2）拉力F的大小；（3）若拉力F与斜面夹角为α，如图乙所示，试写出拉力F的表达式（用题目所给物理量的字母表示）。【来源】江苏省苏州市2018届高三期中调研物理试卷【答案】（1）8m/s，3m/s2（2）5.2N；

（2）对物体受力分析，受重力、拉力、支持力和滑动摩擦力，根据牛顿第二定律有；平行斜面方向（3）拉力F与斜面夹角为α时，受力如图根据牛顿第二定律有

例题五、如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与金属棒垂直、与水平向右方向的夹角θ可调。导体棒沿导轨向右运动，现给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。已知导体棒加速时，加速度的最大值为；减速时，加速度的最大值为，其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是（）C．加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向下，θ=60°D．减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向上，θ=150°【来源】2022年新高考湖北物理高考真题【答案】BC【详解】设磁场方向与水平方向夹角为θ1，θ1<90°；当导体棒加速且加速度最大时，合力向右最大，根据左手定则和受力分析可知安培力应该斜向右上方，磁场方向斜向右下方，此时有

同理磁场方向与水平方向夹角为θ2，θ2<90°，当导体棒减速，且加速度最大时，合力向左最大，根据左手定则和受力分析可知安培力应该斜向左下方，磁场方向斜向左上方，此时有当加速或减速加速度分别最大时，不等式均取等于，联立可得带入

加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向右下方，有减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向左上方，有故BC正确，AD错误。故选BC。例题六、如图，间距为L=1m的两平行导轨在同一水平面内。一质量为m=1kg、长度为L=1m的导体棒垂直放在导轨上，导体棒与导轨间的动摩擦因数µ恒定。整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度大小可调，方向与导体棒垂直，与水平向右方向的夹角θ可调。现给导体棒通以图示方向（沿棒向里）的恒定电流I=5A，导体棒有水平向右的初速度。不考虑导体棒中电流变化，导体棒始终垂直于导轨并保持良好接触，重力加速度大小取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。当磁感应强度大小调为B1=1.5T，θ调为90°时，导体棒沿导轨向右做匀速直线运动。（1）求导体棒与导轨间的动摩擦因数µ；（2）当磁感应强度大小调为B2，θ调为127°时，导体棒仍沿导轨向右做匀速直线运动，求此时的磁感应强度大小B2。

【来源】湖南省常德市桃源县第一中学2023-2024学年高二下学期3月月