摩擦力受力分析

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第一课时
摩擦力
受力分析
1.产生:两个相互接触的物体,有
相对运动趋势
时产生的摩擦
力.
2.作用效果:总是起着阻碍物体间 3.产生条件:①相互接触且 挤压
相对运动趋势
的作用. ;
;②有 相对运动趋势
③ 接触面粗糙 .

受静摩擦力作用的物体一定静止吗?
提示:受静摩力作用的物体不一定静止;可能静止,可能运动. 4.大小:随外力的变化而变化,大小在零和最大静摩擦力之间. 5.方向:与接触面相切,且总是与物体的
相对运动趋势
方向相
反.
6.最大静摩擦力:静摩擦力的最大值,叫做最大静摩擦力.
1. 物体受到静摩擦力时,物体不一定是静止的,也可能 是运动的,但一定是相对静止的.如图2-2-1所示, 物体随传送带一起以速度v向上运动,物体相对传送 带静止.物体虽然运动受到的却是静摩擦力.
图2-2-1
的作用.
;②有相对 运动;③ 接触面粗糙 . .
4.大小:滑动摩擦力大小与 压力 成正比,即:Ff=μFN 5.方向:跟接触面相切,并跟物体 相对运动方向 相反.
要正确理解摩擦力产生条件中“相对”的含义:“相对”既不是对“地”,也 不是对“观察者”,“相对”的是跟它接触的物体,即把其中一个物体作参考
判断静摩擦力的方向.假如用一水平力推桌子,若桌子在水平地面上 静止不动,这时地面会对桌子施一静摩擦力.根据二力平衡条件可知,
该静摩擦力的方向与推力的方向相反,加速状态时物体所受的静摩擦
力可由牛顿第二定律确定.
3.利用牛顿第三定律 (即作用力与反作用力的关系 )来判断.此法关键
是抓住“力是成对出现的”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力 方向,再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力.

)
图2-2-7
A. 0 C.μ2mgcosθ
B.μ1mgcosθ D.(μ1+μ2)mgcosθ
解析:当物体P和Q一起沿斜面加速下滑时,其加速度a
=gsinθ-μ2gcosθ
因为P和Q相对静止,所以P和Q之间的摩擦力为静摩擦
力.
对物体P应用牛顿第二定律得mgsin θ-Ff=ma
正确解答:对Q受力分析如右图所示 由平衡条件得:F1=Ff1=μmg 对P受力分析如右下图所示
由平衡条件知: F=F2+Ff1′+Ff2,Ff2=μFN=μ·2mg 由牛顿第三定律知: F1=F2=μmg,Ff1′=Ff1=μmg 代入得:F=4μmg
位有效数字):
图2-2-3
实验次数
运动状态
水平拉力F/N
1
2 3 4 5
静止
静止 匀速 匀加速 匀加速
3.62
4.00 4.01 5.01 5.49
(1)木块与桌面间的最大静摩擦力Ffm>________ N; (2)木块与桌面间的动摩擦因数μ=________;
(3)木块匀加速运动时受到的摩擦力Ff=________ N.
如图2-2-10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μ,两物块的质量都 是m,滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计,若用一水平向右的 力F拉P使它做匀速直线运动,求F的大小.
图2-2-10
上,一物体恰能在斜面体上沿斜面匀速下滑,可以证明此时
斜面不受地面的摩擦力作用.若沿平行于斜面的方向用力F
向下推此物体,使物体加速下滑,斜面体依然和地面保持相 对静止,则斜面体受地面的摩擦力(

)
图2-2-4
A.大小为零 C.方向水平向左
B.方向水平向右 D.大小和方向无法判断
解析:物体由斜面上匀速下滑时,斜面体对物体的作用力
2.其大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关,但跟接触面相互间
压力 FN无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性,变化性强是它 的特点,其大小只能依据物体的运动状态进行计算,若为平衡态,静摩擦力将 由平衡条件建立方程求解;若为非平衡态,可由动力学规律建立方程求解.
3.最大静摩擦力Ffm是物体将要发生相对滑动这一临界状态时的摩擦

当撤去力 F 后,木块只受 mgsinθ 和 Ff′ ,且 Ff′<Ff ,
故仍静止,摩擦力的方向变为沿斜面向上.
答案:A
第二课时

【例2】一质量不计的弹簧原长为10 cm,一端固定于质量m=2 kg的物
体上,另一端施一水平拉力F.(g=10 m/s2)

(1)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,
=200 N/m
(2)F1=k(x1-x0)=200×(0.11-0.10)=2 N 最大静摩擦力可看做等于滑动摩擦力fm=0.2×2×10=4 N
故物体没动,所受静摩擦力f1=F1=2 N.
(3)弹簧弹力F2=k(x2-x0)=200×(0.13-0.10)=6 N.
物体将加速前进,此时所受到的滑动摩擦力为 f2 = μFN =
再以B为研究对象,结合牛顿第三定律,其受力情况如
上图乙所示,即要保持物体 B平衡, B应受到重力、压
力、摩擦力、力F四个力的作用,正确选项为C.
答案:C
(1)若物体A被固定在墙上,其他条件不变,则物体B可能受几作用.

(2)若将力F改为水平向左的力作用在物体B上,其他条件不变, 则物体A、B分别受几个力的作用. 解析:(1)若A被固定在墙上,则B可能只受重力和力F两个力的作用, 也可能受到重力、力F、A对B的压力、A对B的摩擦力四个力的作用. (2)把 A、 B作为一个整体受力情况如图甲所示,即整体受到重力、力 F、 墙对整体的压力和摩擦力四个力的作用.
都分析出来,并画出物体所受力的 示意图
,这个过程就是受力分
析.
2.受力分析的一般顺序 场力 接触力
先分析
,再分析
(弹力、摩擦力).
对物体受力分析时应注意以下几点 (1)不要把研究对象所受的力与它对其他物体的作用力相混淆;
(2)对于作用在物体上的每一个力,都必须明确它的来源,不能无中生
图2-2-6
当弹簧拉长到12 cm时,物体恰好匀速运动,弹簧的劲度系数多大?
(2)若将弹簧拉长到11 cm时,物体所受到的摩擦力大小为多少?
(3)若将弹簧拉长13 cm时,物体所受的摩擦力大小为多少?
(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)
解析:(1)物体匀速前进时,k(x-x0)=μmg 则k=
板平面作用在木块上,使其处于静止状态,则(


)
A.木块一定受三个力作用
B.天花板对木块的弹力FN>F


C.木块受的静摩擦力等于mgcosθ
D.木块受的静摩擦力等于mg/cosθ
图2-2-9
解析:把木块所受的力沿平行天花板平面和垂直天花板平面分解:mgcosθ=Ff , mgsinθ+FN=F.所以木块一定受四个力作用,天花板对木块的弹力FN<F,因此 A、B、D错误,C正确. 答案:C

解析:物体原来就静止在斜面上,所受合力为零,施 加推力F,使物体对斜面的压力增大,沿斜面方向上的力 没有变化,合力仍为零,即静摩擦力等于物体的重力沿 斜面向下的分力,D正确.

答案:D
1.产生:两个相互接触的物体发生
相对运动
时产生的摩擦力.
2.作用效果:总是起着阻碍物体间 相对运动 3.产生条件:①相互接触且 挤压
1-1如图2-2-5所示,一个木块放在固定的粗糙斜面上,
今对木块施一个既与斜面底边平行又与斜面平行的推力F,
木块处于静止状态,如将力F撤消,则木块(

)
A.仍保持静止
B.将沿斜面下滑

C.受到的摩擦力大小不变
D.受到的摩擦力方向不变
图2-2-5
解析:有力F作用时,木块在斜面内的受力如图,且Ff
2. 某同学在探究摩擦力的实验中采用了如图2-2-3所示的操作,
将一个长方体木块放在水平桌面上,然后用一个力传感器对木块 施加一个水平拉力F,并用另外一个传感器对木块的运动状态进 行监测,表中是她记录的实验数据.木块的重力为10.00 N,重力 加速度g=9.80 m/s2,根据表格中的数据回答下列问题(答案保留3
力,它的数值与 FN成正比,在 FN不变的情况下,滑动摩擦力略小于
Ffm,而静摩擦力可在0~Ffm间变化.
1. 如图2-2-2所示,物体m静止于倾角为θ的斜面上,现用垂直于斜面的推力
F=kt(k为比例常量、t为时间)作用在物体上.从t=0开始,物体所受摩擦力f 随时间t的变化关系是( )
图2-2-2
解析:(1)木块匀速运动时的滑动摩擦力为4.01 N,
因此最大静摩擦力Ffm一定大于4.01 N.
(2)由Ff=μmg得:μ=0.401.
(3)木块匀加速运动时所受的摩擦力为滑动摩擦力,
故Ff=4.01 N.
答案:(1)4.01
(2)0.401 (3)4.01
1 . 概念: 把研究对象 ( 指定物体 )在指定的物理环境中受到的所有力
所以Ff=μ2mgcosθ,故选C. 答案:C
【例3】如图2-2-8所示,物体A靠在竖直墙面上,
在力F作用下,A、B保持静止.物体B的受力个数为 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
图2-2-8
解析:以A为研究对象,受力情况如下图甲所示,
此时,墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法 得出)
以B为研究对象,受力情况如图乙所示,即 B受到重力、力 F 、 A
对B的压力和摩擦力四个力的作用.

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以A为研究对象,受力情况如上图丙所示,即A受到重力、墙对A
的弹力和摩擦力、B对A的支持力和摩擦力共五个力的作用.
答案:(1)2个或4个
(2)5个
4个
受力分析的步骤
3-1 如图2-2-9所示,倾斜天花板平面与竖直方向夹角为θ,推力F垂直天花
有;
(3)分析的是物体受到哪些“性质力”(按性质分类的力), 不能把“效果力”与“性质力”混淆重复分析. 假设法是受力分析有效的辅助方法.当不容易确定某力的有无或方向
时,可先假设该力有或无(或方向),看引起的结果是否符合给定的运动 状态或形变效果.
【例1】如图2-2-4所示,一斜面体静止在粗糙的水平地面
(2)静摩擦力的计算方法 一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或加速运
动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解.
2-1 如图2-2-7所示,质量分别为m和M两物体P和
Q叠放在倾角为θ的斜面上,P、Q之间的动摩擦因数
为μ1,Q与斜面间的动摩擦因数为μ2.当它们从静止开 始沿斜面滑下时,两物体始终保持相对静止,则物体 P受到的摩擦力大小为(
μmg=0.2×2×10=4 N.
答案:(1)200 N/m
(2)2 N
(3)4 N
摩擦力大小的计算方法:在计算摩擦力的大小之前,
必须首先分析物体的运动情况,判明是滑动摩擦,还
是静摩擦.
(1)滑动摩擦力的计算方法:
可用 Ff = μFN 计算.最关键的是对相互挤压力 FN 的分
析,并不总是等于物体的重力,它跟研究物体受到的 垂直于接触面方向的力密切相关.
与物体的重力等大反向,因此斜面体对物块的作用力竖直 向上,根据物体间相对作用,物体对斜面体的作用力竖直
向下;若沿平行于斜面的方向用力 F向下推此物体,使物
体加速下滑,物体对斜面体的作用力大小方向不变,因此
地面对斜面体的摩擦力仍然为零,A正确.
答案:A
静摩擦力方向的判断方法 1.假设法
2.状态法:根据二力平衡条件、牛顿第二定律或牛顿第三定律,可以
系,分析另一个物体相对于参考系的运动.
对Ff=μFN的理解
(1)将Ff /FN定义为动摩擦因数,即μ=Ff /FN,μ只与接触面的粗糙程度、
接触面的材料有关,与接触面积和接触面上受力、运动状态无关.
(2)“Ff= μFN”中 FN“并不总是等于物体的重力”,是易错点,例如,
质量为 m 的物块沿倾角为 θ 的斜面下滑,则压力大小 FN= mgcosθ ,只 有物体置于水平接触面上且在竖直方向上处于平衡状态时,才有FN= mg成立.
【考卷实录】
【教师点评】
错误之处:①对物块P的受力分析不全面.
②缺少方程Ff=μFN. ③解答中③式研究对象不明确.
错因剖析:①平时没有养成按一定顺序分析受力的习惯,
造成对物体受力分析不全面. ②处理连接体问题,没能明确各研究对象、得分方程不全,
造成错误.
思路突破:
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