方向:
与受力物体相对运动趋势的方向相反
大小:
Ff=μFN
方向:
与受力物体相对运动的方向相反
作用效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
2.动摩擦因数
(1)定义:
彼此接触的物体发生相对运动时,滑动摩擦力和正压力的比值μ=
.
(2)决定因素:
接触面的材料和粗糙程度.
1.正误判断
(1)只要物体发生形变就会产生弹力作用.(×)
(2)物体所受弹力方向与自身形变的方向相同.(√)
(3)重力的方向一定指向地心.(×)
(4)滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反.(×)
(5)运动的物体不可能受到静摩擦力的作用.(×)
(6)静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力.(×)
(7)物体间的摩擦力越大,动摩擦因数越大.(×)
2.(对重力和重心的理解)下列关于重力和重心的说法正确的是( )【导学号:
96622022】
A.物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力
B.重力的方向总是指向地心
C.重心就是物体所受重力的等效作用点,但重心不一定在物体上
D.物体挂在弹簧秤下,弹簧秤的示数一定等于物体的重力
【答案】 C
3.(对弹力的理解)(多选)下列关于弹力的几种说法,其中正确的是( )
A.两物体接触并不一定产生弹力
B.静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力
C.静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为水平面发生了形变
D.只要物体发生形变就一定有弹力产生
【答案】 AC
4.(胡克定律的应用)(2016·江苏高考)一轻质弹簧原长为8cm,在4N的拉力作用下伸长了2cm,弹簧未超出弹性限度.则该弹簧的劲度系数为( )【导学号:
96622023】
A.40m/N B.40N/m
C.200m/ND.200N/m
【答案】 D
5.(对摩擦力的理解)以下关于摩擦力的说法中正确的是( )
A.只有静止的物体才能受到摩擦力
B.只有运动的物体才能受到滑动摩擦力
C.静摩擦力既可以是阻力也可以是动力
D.滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反
【答案】 C
[核心精讲]
1.弹力有无的判断“三法”
(1)条件法:
根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力.此方法多用来判断形变较明显的情况.
(2)假设法:
对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态.若运动状态不变,则此处不存在弹力;若运动状态改变,则此处一定有弹力.
(3)状态法:
根据物体的运动状态,利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在.
2.弹力方向的判断
(1)五种常见模型中弹力的方向.
常见的弹力
弹力的方向
弹簧两端的弹力
与弹簧中心轴线重合,指向弹簧恢复原状的方向
轻绳的弹力
沿绳指向绳收缩的方向
面与面接触的弹力
垂直于接触面指向受力物体
点与面接触的弹力
过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体
杆的弹力
可能沿杆,也可能不沿杆,应具体情况具体分析
(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律判断.
3.计算弹力大小的三种方法
(1)根据胡克定律进行求解.
(2)根据力的平衡条件进行求解.
(3)根据牛顿第二定律进行求解.
[题组通关]
1.如图211所示,在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球,小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等,盒子沿倾角为α的固定斜面滑动,不计一切摩擦,下列说法中正确的是( )
图211
A.无论盒子沿斜面上滑还是下滑,球都仅对盒子的下底面有压力
B.盒子沿斜面下滑时,球对盒子的下底面和右侧面有压力
C.盒子沿斜面下滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力
D.盒子沿斜面上滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力
A 先以盒子和小球组成的系统为研究对象,无论上滑还是下滑,用牛顿第二定律均可求得系统的加速度度大小为a=gsinα,方向沿斜面向下,由于盒子和小球始终保持相对静止,所以小球的加速度大小也是a=gsinα,方向沿斜面向下,小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合外力,因此不需要左、右侧面提供弹力.故选项A正确.
2.如图212所示,小木块与小球通过轻杆连接,在小木块匀速滑上斜面和匀速滑下斜面过程中,杆对小球作用力( )
图212
A.上滑时大 B.下滑时大
C.一样大D.无法判断
C 上下滑动都是匀速运动,小球受到的合力为零,轻杆对小球的作用力都是竖直向上的,大小与小球的重力大小相等,C正确.
[核心精讲]
1.假设法
利用假设法判断的思维程序如下:
2.反推法
从研究物体的运动状态反推它必须具有的条件,分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用,从而判断静摩擦力的有无及方向.
3.状态法
此法关键是先判明物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向.
4.牛顿第三定律法
此法的关键是抓住“力是物体间的相互作用”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向.
[题组通关]
3.(多选)有一辆遥控电动玩具汽车,已知车内电动马达驱动后轮转动.现玩具汽车的后轮、前轮分别放在平板小车甲、乙之上,如图213所示.按动遥控器上的“前进”“后退”键,汽车就能前进或后退,地面与甲、乙车之间的摩擦力不计.以下叙述正确的是( )
【导学号:
96622024】
图213
A.按动遥控器上的“前进”键,甲车对后轮摩擦力向前,甲车相对地面向后退
B.按动遥控器上的“前进”键,乙车对前轮摩擦力向前,乙车相对地面向前进
C.按动遥控器上的“后退”键,甲车对后轮摩擦力向后,甲车相对地面向前进
D.按动遥控器上的“后退”键,乙车对前轮摩擦力向后,乙车相对地面向后退
AC 因为车内电动马达驱动后轮转动,汽车前进时,后轮受摩擦力向前,前轮受摩擦力向后,汽车后退时,后轮受摩擦力向后,前轮受摩擦力向前,根据牛顿第三定律知,A、C两项正确.
4.如图214,质量mA>mB的两物体A、B叠放在一起,靠着竖直墙面.让它们由静止释放,在沿粗糙墙面下落过程中,物体B的受力示意图是( )
图214
A 两物体A、B叠放在一起,在沿粗糙墙面下落过程中,由于物体与竖直墙面之间没有压力,没有摩擦力,二者一起做自由落体运动,A、B之间没有弹力作用,因而物体B的受力示意图是A项.
[名师微博]
1.两个结论:
(1)摩擦力的产生以弹力的存在为前提条件.
(2)摩擦力的方向一定沿两物体的接触面,垂直于两物体间的弹力.
2.两点提醒:
(1)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的.
(2)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势,但摩擦力不一定阻碍物体的运动,即摩擦力不一定是阻力.
[核心精讲]
1.静摩擦力大小的计算
(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件来求解其大小.
(2)物体有加速度时,若只有摩擦力,则Ff=ma,例如,匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度.若除摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求摩擦力.
(3)最大静摩擦力与接触面间的压力成正比,为了处理问题的方便,最大静摩擦力常常按近似等于滑动摩擦力处理.
(4)物体实际受到的静摩擦力一般小于最大静摩擦力.
2.滑动摩擦力大小的计算
(1)滑动摩擦力的大小可以用公式Ff=μFN计算.
(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解.
[师生共研]
●考向1 静摩擦力大小的计算
(多选)如图215甲所示,放在固定斜面上的物体,受到一个沿斜面向上的力F作用,始终处于静止状态,F的大小随时间变化的规律如图乙所示.则在0~t0时间内物体所受的摩擦力Ff随时间t的变化规律可能为下列选项中的(取沿斜面向上为摩擦力Ff的正方向)( )
图215
【合作探讨】
(1)t=0时刻物体相对于斜面的运动趋势方向能确定吗?
有哪几种可能?
提示:
t=0时物体受沿斜面向上的拉力作用,其运动趋势方向与mgsinθ和此时力F的大小关系有关,分别有沿斜面向上、向下和无运动趋势三种可能.
(2)t=t0时刻物体相对于斜面的运动趋势方向能确定吗?
提示:
能确定,一定沿斜面向下,此时所受摩擦力方向沿斜面向上,为正值.
BCD 物体在斜面上始终处于平衡状态,沿斜面方向受力平衡方程为:
F-mgsinθ+Ff=0,解得Ff=mgsinθ-F,若初态mgsinθ=F,则选项B正确;若初态mgsinθ>F,则选项C正确;若初态mgsinθ●考向2 滑动摩擦力大小的计算
如图216所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,g取10m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
图216
A 物体向右减速过程中,受滑动摩擦力作用,方向水平向左,Ff1=μmg=2N,物体速度减为零后,因F<μmg,物体将保持静止,此时Ff2=F=1N,方向水平向右,故A正确.
[题组通关]
5.(2017·苏州模拟)如图2-1-7所示,在水平桌面上叠放着质量相等的A、B两块木板,在木板A上放着质量为m的物块C,木板和物块均处于静止状态.A、B、C之间以及B与地面之间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g,现用水平恒力F向右拉木板A,则以下判断正确的是( )
图217
A.不管F多大,木板B一定保持静止
B.B受到地面的摩擦力大小一定小于F
C.A、C之间的摩擦力大小一定等于μmg
D.A、B之间的摩擦力大小不可能等于F
A 以A、B、C整体为研究对象,若整体静止不动,则地面对B的静摩擦力大小等于F,此时A、B之间的静摩擦力大小也为F,B、D均错误;若拉力足够大,使A、C之间发生了相对滑动时,A、C之间的摩擦力大小才等于μmg,C错误;因A对B的最大静摩擦力μ(m+M板)g小于B受地面的最大静摩擦力μ(m+2M板)g,故无论F多大,木板B一定保持静止,A正确.
6.(多选)如图218所示,一辆运送沙子的自卸卡车,装满沙子.沙粒之间的动摩擦因数为μ1,沙子与车厢底部材料的动摩擦因数为μ2,车厢的倾角用θ表示(已知μ2>μ1),下列说法正确的是( )
图218
A.要顺利地卸干净全部沙子,应满足tanθ>μ2
B.要顺利地卸干净全部沙子,应满足sinθ>μ2
C.只卸去部分沙子,车上还留有一部分沙子,应满足μ2>tanθ>μ1
D.只卸去部分沙子,车上还留有一部分沙子,应满足μ2>μ1>tanθ
AC 由题知μ2>μ1,可知越是上层的沙子越容易卸下,当与车厢底部接触的沙子从车上卸下时,全部沙子就能顺利地卸干净,则有mgsinθ>μ2mgcosθ,得tanθ>μ2,故A正确,B错误;与车厢底部不接触的沙子卸下,而与车厢底部接触的沙子未卸下时,只卸去部分沙子,车上还留有一部分沙子,这时,应有mgsinθ>μ1mgcosθ,mgsinθ<μ2mgcosθ,得μ2>tanθ>μ1,故C正确,D错误.
[典题示例]
(多选)将力传感器A固定在光滑水平桌面上,测力端通过轻质水平细绳与滑块相连,滑块放在较长的小车上.如图219甲所示,传感器与计算机相连接,可获得力随时间变化的规律.一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮,一端连接小车,另一端系沙桶,整个装置开始处于静止状态.在物体与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙,力传感器采集的Ft图象如图乙所示.则( )
甲 乙
图219
A.2.5s前小车做变加速运动
B.2.5s后小车做变加速运动
C.2.5s前小车所受摩擦力不变
D.2.5s后小车所受摩擦力不变
BD 2.5s前小车静止,所受摩擦力为静摩擦力,逐渐增大,选项A、C错误;2.5s后小车做变加速运动,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小不变,选项B、D正确.
摩擦力的三类突变
1.静—动“突变”
物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,如果物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力,如上述典例.
2.静—静“突变”
物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变.
3.动—静“突变”
在摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体突然停止滑行时,物体将不再受滑动摩擦力作用,滑动摩擦力可能“突变”为静摩擦力.
[题组通关]
7.(多选)如图2110所示,放在水平桌面上的木块A处于静止状态,所挂的砝码和托盘的总质量为0.6kg,弹簧测力计读数为2N,滑轮摩擦不计.若轻轻取走盘中的部分砝码,使总质量减少到0.3kg时,将会出现的情况是(g取10m/s2)( )
图2110
A.弹簧测力计的读数将变小
B.A仍静止不动
C.A对桌面的摩擦力不变
D.A所受的合力不变
BD 当砝码和托盘的总质量为m1=0.6kg时,F+Ff=m1g=6N,Ff=4N,可知A与桌面间的最大静摩擦力至少为4N.当砝码和托盘的总质量为m2=0.3kg时,设A仍不动,则F不变,F+Ff′=m2g,Ff′=1N<4N,故假设成立,A仍静止不动,合力仍为零.故只有BD正确.
8.(2017·常州模拟)如图2111所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,g取10m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
图2111
A 物体向右减速过程中,受滑动摩擦力作用,方向水平向左,Ff1=μmg=2N,物体速度减为零后,因F<μmg,物体将保持静止,此时Ff2=F=1N,方向水平向右,故A正确.