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【摘要】产生滑动摩擦力的三个条件缺一不可,判断滑动摩擦力方向、计算滑动摩擦力的大小是解决问题的关键。
【关键词】滑动摩擦力;产生条件;判断方向;计算大小
滑动摩擦力是互相接触的物体间发生相对滑动时,在接触面产生的阻碍物体相对滑动的力。它与物体的重力、速度、运动方向无关。在我们常见的三个力当中,滑动摩擦力是学生们掌握的一个难点。以笔者的体会,学生在解题的过程中,只要狠抓住滑动摩擦力产生的三个条件以及滑动摩擦力的大小计算,就基本能够解决这一类问题了。
产生滑动摩擦力的三个条件:(1)两物体直接接触且接触面粗糙(μ≠0)。(2)两物体间存在相互作用的弹力——正压力。(3)两物体接触面之间有相对滑动。滑动摩擦力大小:f=μFN(FN为正压力)。
下面就几个例题谈谈这一类问题的解题方法。
例1如图所示,在水平面上向右运动的物体,质量为30kg。物体与水平面的动摩擦系数为0.1,在运动过程中,物体同时受到一个水平向左的大小为20N的拉力作用,则物体受到的滑动摩擦力为(g=10N/kg)( )
A.30N,向右B.30N向左
C.20N,向右D.20N向左
解析:大小:物体对地面的压力FN=G=mg=30×10=300N
地面对物体的摩擦力f=μFN=0.1×300=30N
方向:滑动摩擦力的方向总是与相对运动方向相反,物体在地面上向右滑动,相对于水平面的方向向右,所以物体受到的摩擦力方向向左。滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反,与其它因素无关。故选B。
例2如图所示,m和M用绕过滑轮的细线相连,m和竖直墙面接触,且与竖直墙面的的动摩擦因数为μ(μ不为0),悬线保持竖直,M>m,M向下运动,m向上运动,m向上运动的过程中所受的摩擦力为( D )
A.μmg B.μMg C.(M-m)g D.0
解析:题目中虽然m与墙壁接触且接触面粗糙,但是悬线保持竖直说明m与墙壁之间无挤压(无弹力),故滑动摩擦力为0。
例3如图所示,当传送带(μ≠0)静止时,小木块从左端以速度v滑上传送带后,落到地面上的P点,若传送带逆时针转动,仍让小木块从左端以速度v滑上传送带,那么(A)
A.它仍落在P点
B.它将落在P点右边
C.它将落在P点左边
D.无法判定落点,因为它可能落不到地面上来
解析:我们在分析物体在传送带上运动时,滑动摩擦力的大小f=μFN,只与小木块的正压力有关,与传送带逆时针运动的速度无关。所以,此题小木块前后两次到达传送带左端的速度相等,两次在传送带上的滑动摩擦力也相等,由牛顿第二定律和运动学公式可知,小木块两次到达传送带右端的速度应该相同,再由平抛运动规律可知,前后落地的水平位移相等。
例4如图所示,均匀木板长为L,重为G,放在水平桌面上,且左端和桌端对齐,已知木板和桌面的动摩擦系数为μ,现对木板施加一水平向左推力,则该力至少做多少功才能将木板推出桌面?
解析:要使得推力做功最小,应该匀速推动物体。推的过程中,只需把物体的重心推离桌面就可以了。那么,随着木板的推出,木板与桌面接触的面积越来越小,物体受到的滑动摩擦力仍然是不变的(物体没有脱离桌面之前,对桌面的压力都等于重力),所以该推力至少做功W=FS=μGL/2。
学生易犯错误:学生在生活中遇到这种压力不变而接触面积变化的情况很少,再加上对滑动摩擦力产生的三个条件理解不到位,遇到这类题目就只有胡编乱造了。
总结:1.判断滑动摩擦力方向:(1)选取研究对象,并选与其接触的物体为参照物。(2)确定研究对象相对参照物的速度方向。(3)判断滑动摩擦力方向(与相对运动方向相反)。2.计算滑动摩擦力的大小:(1)选取研究对象,分析其受力情况。(2)根据所学知识求出正压力。(3)根据f=μFN计算出滑动摩擦力。
(作者单位:江苏省如皋市职业教育中心校)
【关键词】滑动摩擦力;产生条件;判断方向;计算大小
滑动摩擦力是互相接触的物体间发生相对滑动时,在接触面产生的阻碍物体相对滑动的力。它与物体的重力、速度、运动方向无关。在我们常见的三个力当中,滑动摩擦力是学生们掌握的一个难点。以笔者的体会,学生在解题的过程中,只要狠抓住滑动摩擦力产生的三个条件以及滑动摩擦力的大小计算,就基本能够解决这一类问题了。
产生滑动摩擦力的三个条件:(1)两物体直接接触且接触面粗糙(μ≠0)。(2)两物体间存在相互作用的弹力——正压力。(3)两物体接触面之间有相对滑动。滑动摩擦力大小:f=μFN(FN为正压力)。
下面就几个例题谈谈这一类问题的解题方法。
例1如图所示,在水平面上向右运动的物体,质量为30kg。物体与水平面的动摩擦系数为0.1,在运动过程中,物体同时受到一个水平向左的大小为20N的拉力作用,则物体受到的滑动摩擦力为(g=10N/kg)( )
A.30N,向右B.30N向左
C.20N,向右D.20N向左
解析:大小:物体对地面的压力FN=G=mg=30×10=300N
地面对物体的摩擦力f=μFN=0.1×300=30N
方向:滑动摩擦力的方向总是与相对运动方向相反,物体在地面上向右滑动,相对于水平面的方向向右,所以物体受到的摩擦力方向向左。滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反,与其它因素无关。故选B。
例2如图所示,m和M用绕过滑轮的细线相连,m和竖直墙面接触,且与竖直墙面的的动摩擦因数为μ(μ不为0),悬线保持竖直,M>m,M向下运动,m向上运动,m向上运动的过程中所受的摩擦力为( D )
A.μmg B.μMg C.(M-m)g D.0
解析:题目中虽然m与墙壁接触且接触面粗糙,但是悬线保持竖直说明m与墙壁之间无挤压(无弹力),故滑动摩擦力为0。
例3如图所示,当传送带(μ≠0)静止时,小木块从左端以速度v滑上传送带后,落到地面上的P点,若传送带逆时针转动,仍让小木块从左端以速度v滑上传送带,那么(A)
A.它仍落在P点
B.它将落在P点右边
C.它将落在P点左边
D.无法判定落点,因为它可能落不到地面上来
解析:我们在分析物体在传送带上运动时,滑动摩擦力的大小f=μFN,只与小木块的正压力有关,与传送带逆时针运动的速度无关。所以,此题小木块前后两次到达传送带左端的速度相等,两次在传送带上的滑动摩擦力也相等,由牛顿第二定律和运动学公式可知,小木块两次到达传送带右端的速度应该相同,再由平抛运动规律可知,前后落地的水平位移相等。
例4如图所示,均匀木板长为L,重为G,放在水平桌面上,且左端和桌端对齐,已知木板和桌面的动摩擦系数为μ,现对木板施加一水平向左推力,则该力至少做多少功才能将木板推出桌面?
解析:要使得推力做功最小,应该匀速推动物体。推的过程中,只需把物体的重心推离桌面就可以了。那么,随着木板的推出,木板与桌面接触的面积越来越小,物体受到的滑动摩擦力仍然是不变的(物体没有脱离桌面之前,对桌面的压力都等于重力),所以该推力至少做功W=FS=μGL/2。
学生易犯错误:学生在生活中遇到这种压力不变而接触面积变化的情况很少,再加上对滑动摩擦力产生的三个条件理解不到位,遇到这类题目就只有胡编乱造了。
总结:1.判断滑动摩擦力方向:(1)选取研究对象,并选与其接触的物体为参照物。(2)确定研究对象相对参照物的速度方向。(3)判断滑动摩擦力方向(与相对运动方向相反)。2.计算滑动摩擦力的大小:(1)选取研究对象,分析其受力情况。(2)根据所学知识求出正压力。(3)根据f=μFN计算出滑动摩擦力。
(作者单位:江苏省如皋市职业教育中心校)