2019-2020年高考物理专题专题02：摩擦力

2019-2020年高考物理专题专题02：摩擦力一、 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1 (1994年全国考题)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綫运动，由此可知，A 、B 间的动摩擦因数1μ和B 、C 间的动摩擦因数2μ有可能是(A)=1μ 0，=2μ 0 (B) =1μ0，≠2μ 0(C) ≠1μ0，=2μ0 (D) ≠1μ0，≠2μ0解析：本题中选A 、B 整体为研究对象，由于受推力的作用做匀速直线运动，可知地面对的摩擦力一定水平向左，故≠2μ 0，对A 受力分析可知，水平方向不受力，1μ可能为0，可能不为0。

正确答案为(B)、(D)．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1F 、2F 和摩擦力作用，木块图2处于静止状态，其中1F ＝10N 、2F ＝2N ，若撤去力1F ，则木块在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；1F 没有撤去时，物体所受合外力为零，此时静摩擦力大小为8N ，方向向左．撤去1F 以后，物体在2F 作用下不可能沿水平方向发生运动状态的改变，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)．其中静f 没有具体的计算公式，是随外力变化的范围值o ≤静f ≤m ax f ，一般根据(1)平衡条件求；(2)根据物体运动状态，图2图1由牛顿运动定律求．而静f 不但可根据上述的 (1)、(2)方法求，还可以用公式N f μ=滑计算例3 如图3所示，质量为m 、带电量为+q 的小物体，放在磁感应强度为B 的匀强磁场中，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I ，试分析带电体所受摩擦力的情况．解析：带电体获得水平初速m I v /0=它在．它在磁场中受洛仑兹力m qBI B qv f /0==洛和重力mg G =，若 G f =洛，则带电体作匀速直线运动，不受摩擦力作用．若G f >洛，则带电体贴着a 板前进，滑动摩擦力)(mg qvB N f -==μμ滑，速度越来越小，滑f 变小，当v 减小到0v ，又有mg B qv =0,它又不受摩擦力作用而匀速前进．若G f <洛，则带电体贴着b 板前逆。

滑动摩擦力；)(q vBmg N f -==μμ滑,它减速运动动直至静止，而滑f 却是变大的．这充分说明滑f 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4 如图4所示，一质量为m 的货物放在倾角为α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α，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a<gsina 时，F>0．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μ＝0．02，在木楔的倾角θ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 μ＝μF Ν，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as v v t 2202=-可求得物块下滑的加速度图3ab 图4222/5sin /7.02s m g s m sv a t =<==θ 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 θ一F μ1＝ma mgcos θ—F N1＝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 μ1ˊ与F μ1，F N 1与F N1，等值反向，有F μ2+ F μ1cos θ—F N1sin θ＝00112=---θθμSin F COS F Mg F N N由上面各式解得地面对木楔的摩擦力N N ma ma mg mg COS F F F N 61.0237.00.1cos sin )sin (sin cos sin 112=⨯⨯==--=-=θθθθθθθμμ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 g m M N N N ma mg Mg ma mg mg Mg F N )(65.109217.00.11011sin sin )sin (cos 22+<=⨯⨯-⨯=-+=-++=θθθθ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θcos a a x =。

对系统在水平方向由牛顿第二定律，有N ma F 61.0cos 2==θμ 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 ①方向可能沿斜面向上 ②方向可能沿斜面向下 ③大小可能为零 ④大小可能等于F 以上判断正确的是………………………………( D ) A ．只有①② B ．只有③④ C ．只有①②③ D ．①②③④都正确 F μ1 F N1 mg 图6图7图82、(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，自行车前轮和后轮受到地面的摩擦力分别为前f 和后f ，则… ( C )A ．前f 向后，后f 后向前B ．前f 向前，后f 向后C ．前f 向后，后f 向后D ．前f 向前，后f 向前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 )A ．4 NB ．3 NC ．5 ND ．6 N4、(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1μ,木块P 与长板A 间的动摩擦因数为2μ，则长木板ab 受到地面的摩擦力大小为 ( C )A Mg 1μB ．g M m )(1+μC mg 2μD mg Mg 21μμ+ 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m 1和m 2的小木块，21m m >已知三角形木块和两个小木块均静止，则粗糙水平面对三角形木块( 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m 1、m 2、 21θθ和的数值并未给出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 )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? 图9图11图12 图10如图13解析：因为物块对直角斜槽每一面的正压力为mgcos α.cos45°，所以当物体匀速下滑时，有平衡方程：mgsin α=2μmgcos αcos45°＝2μmgcos α，所以μ=66)33(21tan 21==α．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20.0=μ,求恒力F 为多大?(g=10m/s 2) 解析：设撤去力F 前物块的位移为1S ，撤去力F 时物块的速度为v ，物块受到的滑动摩擦力mg F μ=1对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得mv t F -=-01 由运动学公式得t v S S 21== 对物块运动的全过程应用动能定理011=-S F FS 由以上各式得222gts mgs F μμ-= 代入数据解得N F 15=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μ.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：mg f μ= ，方向向左。