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谈谈高中物理摩擦力的突变问题


  当物体受力或运动发生变化时,摩擦力常常发生突变,摩擦力的突变,又会导致物体的受力情况和运动性质的突变,其突变点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性,对其突变点的分析与判断是物理问题的切入点。我在高中物理教学中总结出几种常见的摩擦力"突变"的类型如下。
  一、"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,则物体受到静摩擦力的大小和方向将发生突变。
  【典例1】一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图示,其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( )。
  A.10N,方向向左
  B.6N,方向向右
  C.2N,方向向右
  D.0
  解析:当物体受F1.F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受摩擦力的大小为8N,可知最大静摩擦力fmax≥8N.当撤去F1后,F2=2N正确。
  二、"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。
  【典例2】长直木板的上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图所示。则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
  解析:设木板与水平面间夹角增大到θ时,铁块开始滑动,显然当α<θ时,铁块与木板相对静止.由力的平衡条件知,铁块受到的静摩擦力的大小为Ff=mgsinα;当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力;设动摩擦因数为μ,由滑动摩擦力公式得,铁块受到的滑动摩擦力为Ff=μmgcosθ。由上述分析知:α<θ时,静摩擦力随α角增大按正弦函数增加;当α≥θ时,滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小,所以正确选项为C。答案:C。
  三、"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,物体将不受摩擦力作用,或滑动摩擦力"突变"成静摩擦力。
  【典例3】如图所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数为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,取g=10m/s2,向右為正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )。
  解析:运动阶段先受向左的滑动摩擦力Ff1=μmg=2N,物体减速运动,速度为0后静止,后静止阶段,Fmax=Ff1=2N,外力F=1N传送带与水平面之间夹角θ=37°,并以10m/s的速度逆时针匀速运行,在传送带A端轻轻地放一个小物体,若已知该物体与传送带之间动摩擦因数为μ=0.5,传送带A端到B端的距离S=16m,则小物体从A端运动到B端所需的时间可能是( )(g=10m/s2)。
  A.1.8s B.2.0s C.2.1s D.4.0s
  解析:当传送带沿逆时针方向正常转动时,开始时,传送带作用于小物体的摩擦力沿传送带向下,小物体下滑的加速度:a1=g([sinθ+μcosθ])=10m/s2,
  小物体加速到与传送带运行速度相同是需要的时间为:t1=[va2]=1s,
  在这段时间内,小物体沿传送带下滑的距离为:s1=[12]at2=5m。
  因为[μ
  
  
 
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