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摩擦力

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我们在本文中与大家一起探究摩擦力的相关概念。

摩擦力

摩擦力的概念

高中物理课本必修一的第57页有摩擦力的如下定义:

两个相互接触的物体,当他们之间有相对运动或相对运动趋势的时候,就会在其接触面上产生阻碍其相对滑动的力,这种力叫做摩擦力。

广义地物体在液体和气体中运动时也受到摩擦力。摩擦力是我们身边非常重要的一个力。

没有摩擦力的世界是“惨不忍睹”的:一走路就摔跟头,话鞋带无法系紧,螺丝钉和钉子无法固定物体……当然,我们也不能认为摩擦力都是有益的,比如工业上机械部件中轴承的摩擦和汽车气缸内的摩擦等,都是有害的。

摩擦力的产生条件

摩擦力的产生条件为:两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可,两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件而非充要条件。

也就是说:没有弹力就不可能有摩擦力,但有弹力不一定就一定有摩擦力。

以上虽是课本上非常重要的摩擦力概念的理解,但却不是高考物理重点内容。

高考的重点和难点在于探讨摩擦力的分类和方向的判定。从分类来看,摩擦力可以分为滑动摩擦力和静摩擦力两种。

滑动摩擦力

摩擦力的分类中,如果发生相对滑动,则为滑动摩擦力;反之,则为静摩擦。下面我们先来分析滑动摩擦力的大小。

滑动摩擦力的大小必须要用公式f=μN来计算。 

(1)在接触力中,必须先分析两个物体间弹力N,再分析摩擦力的大小。

(2)有滑动摩擦力的时候才能用公式f=μN,其中的N表示物体间的压力大小,不一定等于物体重力G。只有在水平面上N才有可能与重力mg一致;这是高一物理月考的常考点王尚请同学们牢记。

摩擦力

静摩擦力

两者之间只有运动趋势,而没有相对运动情况的摩擦力称之为静摩擦力。

(1)必须明确,静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律f=μN计算。严格来说,其最大值略大于滑动摩擦力。但在大多数的试题中往往给出这样的条件:静摩擦力的最大值等于滑动摩擦力,即fm=μN。

(2)静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定(“被动性质的力”),其可能的取值范围是:0<f≤fm。

判断摩擦力是静摩擦还是滑动摩擦的讨论

很多时候,对于一道涉及摩擦力的综合力学题来说,我们无法根据题意立刻判断出是静摩擦还是滑动摩擦。

这个时候,解题的第一步就是判定摩擦力的性质。这一步走不好,后面无法进行。

大家可以参考2005年广东高考物理第18题。我一般的思路是这样的,请注意,这是物理网王尚个人的解析习惯,并不一定是最佳的解题思路。

首先假设是静摩擦,两者是整体,求整体的加速度。在用单独一个物体(往往是分析仅受摩擦力的物体)的最大静摩擦力(这个时候往往题目告知是滑动摩擦力),是否能够提供此加速度。

1,如果可以,假设成立,两者之间是静摩擦力。

2,如果假设不成立,则必然是滑动摩擦力。

这是高一上学期讲得知识,希望大家不要认为我上面的分析是废话。笔者非常负责人地告诉你,很多时候高三的孩子在这里复习的时候都有问题。

就像本文的标题那样,在力学难题中分析就不是那么简单了。可能,这个题目中摩擦力(动还是静是未知的)可能仅仅是4、5个力(甚至更多)中的一个。这个时候的判断就非常复杂,需要通过上面的过程严格一步一步来冷静思考。

平衡摩擦力的实验

这个问题其实不好通过几句话说明白,还是要结合一些典型例题来理解。

在《物理自诊断》书中,有好几道典型的牛顿运动定律与摩擦力综合的例题,这些题还配有我的视频解析,讲解的非常清楚,建议同学们购买一本。点击了解这本书

摩擦力方向的判定

摩擦力的方向判定有两个方法,一个是书本上面的定义。即:摩擦力的方向总是阻碍运动方向或运动趋势(方向)。

另外一个就是假设法。

假设界面是绝对光滑,那么会出现什么样的情况,而这种情况与常规事实(或题意)不符;借此(摩擦力为“事实”提供动力)来判定摩擦力的方向。

这种假设法对静摩擦和滑动摩擦都成立。

高中物理力学中的摩擦力是一个难点,尤其是和电磁学结合的时候,涉及到由静摩擦转化为滑动摩擦力的临界问题分析。

摩擦力

摩擦力做功的特点

摩擦力做功是比较复杂的,同学们可以看王尚老师书物理自诊断中的视频,有专门的视频讲解。王尚老师总结了一些重要的结论,同学们可以自己推导下。

一、静摩擦力做功的特点

1.静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。

2.在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用),而没有机械能转化为其他形式的能。

3.相互作用的系统内,一对静摩擦力所做功的代数和总为零。 

二、滑动摩擦力做功的特点

1.滑动摩擦力可以不做功

若相对运动的两物体之一对地面静止,则滑动摩擦力对该物体不做功。

2.滑动摩擦力可以做正功

如货车车厢内放一木箱,货车突然加速,木箱相对货车向后滑动,但相对地面向前运动,则货车对木箱的滑动摩擦力做正功。

3.滑动摩擦力可以做负功

上例中木箱对货车的滑动摩擦力对货车做负功。

4. 相互作用的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总不为零,其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能。

5.一对滑动摩擦力做功的过程中,能量的转化有两种情况:一是相互摩擦的物体之间机械能的转移;二是机械能转化为内能,转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积。

参考文献

受力分析步骤http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/31.html

功能关系http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43174.html

动能定理http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43171.html

能量守恒定律http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43173.html

文章作者

作者:王尚;校正:苏阳;责任编辑:小安;崔强。

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