静摩擦力篇1
摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势. 静摩擦力出现在相对静止的物体间,一般相对运动能明显看出来,但有运动趋势却不容易看出来. 判断静摩擦力是否存在的方法,有
1. 定义法:根据静摩擦力存在的条件判定,看物体间有没有相对运动趋势,这种情况适用于运动状态很清楚时.
2. 假设法:假设静摩擦力不存在,判断物体将沿哪个方向产生相对运动,则该相对运动的方向就是运动趋势的方向;如果无相对运动,也就无相对运动趋势,静摩擦力就不存在. 还可以假设接触面光滑,看物体是否会发生相对运动,若物体仍保持相对静止,则不受静摩擦力,反之则受静摩擦力.
3. 状态法:假设摩擦力存在,根据力和运动的关系看是否满足给定的运动状态,若满足,则存在摩擦力,若不满足,则不存在摩擦力.
例1 判断***1中物体[A]是否受摩擦力作用([A]和[B]相对静止),若有,判断[A]受的摩擦力沿什么方向?***1甲中用力[F]拉[B]物体,但拉不动,[A、B]相对地面静止;***1乙中[A、B]一起匀速运动;***1丙中[A、B]一起向右做匀加速运动;***1丁中[A、B]一起向右做匀速运动.
[甲乙丙丁]
***1
解析 以甲***情况为例,分别用三种方法来判别静摩擦力的方向.
定义法:物体[B]静止不动时,物体[A]不可能相对[B]运动,即[A]、[B]之间无相对运动趋势,不存在静摩擦力. [B]受[F]作用,相对地面有向右运动的趋势,故静摩擦力的方向向左.
假设法:假设物体[A]受物体[B]的静摩擦力,则[A]在水平方向所受合力不为零,不能保持静止,与题意矛盾,故[A]不受静摩擦力作用.
状态法:因为物体[A]处于静止状态,所受合外力必为0,水平方向不受力,故不存在静摩擦力.
对乙***情况,物体[A]处于平衡状态,假设[A]受静摩擦力作用,根据二力平衡知识可知,[A]的平衡状态被破坏,假设错误,[A]不受摩擦力.
对丙***情况,物体[A]相对地面是运动的,相对物体[B]是静止的. 可假设[A]、[B]间无摩擦力,则[A]不可能随[B]一起做加速运动,故[A]、[B]间有摩擦力. 而[A]相对[B]有向后运动的趋势,则[A]受到与运动方向相同的静摩擦力作用.
对丁***情况,物体[A]匀速运动,说明它处于平衡状态,则[A]在水平方向上一定受到向左的静摩擦力作用与向右的拉力[F]相平衡.
点拨 如果进一步讨论以上四种情况中,物体[B]受到的地面的摩擦力方向,则可以把[A、B]看成一个整体. 在甲、乙、丁三种情况中整体都处于平衡状态,在水平方向上,均受水平向右的拉力[F]的作用,根据平衡条件,可判定整体受地面给它的水平向左的摩擦力,大小也为[F]. 除甲***所受摩擦力为静摩擦力,其它都是滑动摩擦力,且丙***中摩擦力小于[F].
例2 如***2所示,在水平台上放置一物体,与平台上相对静止,平台绕轴心做圆周运动. 判断物体所受的摩擦力的方向.
***2
解析 如果平台匀速旋转,则物体所受摩擦力与速度垂直,如***3甲所示;如果平台加速旋转,则物体所受摩擦力与速度呈锐角,如***3乙所示;如果平台减速旋转,则物体所受摩擦力与速度呈钝角,如***3丙所示. 可见摩擦力与物体的运动速度方向没有必然关系,可以呈任意角度.
[甲乙丙]
***3
点拨 摩擦力的方向与接触面相切,与相对运动或相对运动趋势的方向相反,但可能与物体的运动方向同向、反向或成一定夹角.
[静摩擦力大小的判断]
例3 如***4所示,质量分别为[m]和[M]的两物体[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]与斜面之间的动摩擦因数为[μ2]. 当两物体[P]和[Q]从静止开始沿斜面下滑时,它们保持相对静止,则物体[P]所受的摩擦力大小为( )
***4
A. [0] B. [μ1mgcosθ]
C. [μ2mgcosθ] D. [(μ1+μ2)mgcosθ]
解析 当两物体[P]和[Q]一起加速下滑时,加速度
[a=g(sinθ-μ2cosθ)]
因[P]和[Q]相对静止,它们之间的摩擦力为静摩擦力,不能用[Ff=μFN]求解. 对物体[P],由牛顿第二定律,有
[mgsinθ-Ff=ma]
故[Ff=μ2mgcosθ]. 答案选C项.
点拨 分析摩擦力时应联系物体的运动状态. 注意相对静止的物体间的摩擦力为静摩擦力. 对于运动趋势,一般解释为要动还未动的状态. 没动是因为有静摩擦力存在,阻碍相对运动的产生,使物体间的相对运动表现为一种趋势.
例4 如***5所示,斜面倾角为[α],位于斜面上的物块[m]在沿斜面向上的力[F]作用下,处于静止状态,讨论斜面作用于物块的静摩擦力.
***5
解析 当[F=mgsinα]时,摩擦力[Ff=0]
当[F>mgsinα]时,[Ff]沿斜面向下
当[F
当[F=][12mgsinα]时,[Ff]=[12mgsinα],[F=Ff]
静摩擦力篇2
一、根据静摩擦力产生的条件分析
静摩擦力产生的充要条件:[WTBX]
①两物体接触;②相互挤压;③接触面不光滑;④有相对运动趋势。
其中前三个条件比较容易判断,但第四个往往是学生最难拿捏的地方。“相对运动趋势”指彼此接触的两个物体互为参照物,而不是以两物体之外的其他物体为参照物。常用的判断方法是假设法:先假设接触面是光滑的,然后看物体在接触面光滑的情况下的运动情况。若运动,则有静摩擦力,其方向与相对运动方向相反;不运动,则无静摩擦力。
[TP2-H20.TIF,Y]
例1.物体A与斜面保持静止,A受静摩擦力的方向如何?
分析:假设斜面是完全光滑的,则A沿斜面向下滑动,现在A静止,必然受到斜面给它的沿斜面向上的静摩擦力作用,方向与向下运动趋势相反。
二、根据物体的运动状态来分析
1.当物体处于平衡状态时,由平衡条件ΣF=0来分析。
2.如果物体处于非平衡状态,根据牛顿第二定律来分析。
例2.一木块在水平桌面上处于静止状态,水平方向上受到F1=10N,方向向右,F2=6N,方向向左,如***,求木块受到的静摩擦力的大小及方向。
分析:木块处于静止状态,故ΣF=0,所以F2+f=F1,解f=4N,方向水平向左。
三、关于静摩擦力的大小
用较小的力推桌子,桌子没动,静摩擦力与较小的推力相等;用较大的力,若仍然不动,则与较大的推力相等,它的作用是阻碍物体间的相对运动。但是静摩擦力不能无限度的增加,当逐渐增加推桌子的力时,桌子终究会动起来,可见,静摩擦力会随着外力的增大而增大。在从静到动的一刹那,静摩擦力不能增加了,它达到了最大值,这个最大值叫最大静摩擦力。两物体间实际发生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间,即0<F<Fmax。
静摩擦力篇3
关键词:一个接触面;摩擦力;运动
一、了解产生摩擦力的微观解释
“摩擦力的机制颇耐人寻味,无论多么光滑的表面,在显微镜下也显得凹凸不平,于是相互接触的物体彼此镶嵌。欲使两者沿接触面相对运动,就需超越此类相互的阻隔。这种超越既可能不破坏表面的突起,只发生轻微的上下跳跃,也可能使突起断裂。”我们知道,摩擦力属于电磁力,在微观上属于分子、原子级的相互作用。从上文中可以看到,两物体具有相对运动或相对运动趋势时,就受到由凹凸不平而引起的镶嵌所对应的挤压,就造成一种阻碍。
相对运动时,需要超越这种阻隔,是滑动摩擦力。而具有相对运动趋势时,但没有超越这种阻隔,阻碍照样存在,发生的是两物体间微观上的切向相互挤压,这就是静摩擦力,并且趋势越大,挤压越大,切向形变也越大,阻隔越大,即静摩擦力越大。当达到一定值时,即将破坏了这种凹凸不平或发生跳跃,即将发生移动,这时候两者间达到最大静摩擦力。此后,趋势再变大即发生移动,变为滑动摩擦力。
为了形象说明这种微观上的变化情况,我们引入一个模型――毛刷模型,刷子上一根一根的细毛可以看做微观上一个一个突出的分子或原子(如***1所示),当另一个物体在其表面相对运动或有相对运动趋势时,细毛就会向物体相对运动的方向或相对运动趋势的方向发生弯曲(如***2所示),表示实际物体在微观上原子间的微小切向形变。
二、从实例中看出一个接触面不可能同时存在静摩擦力和滑动摩擦力
1.斜面上水平力推动物体的实例
在这个情境中,我们可以把斜面看做一个毛刷。以物体所在点为坐标原点,在水平方向和沿斜面方向建立直角坐标系(如***3所示)。在没有作用水平推力前,物体***的静止于斜面,此时物体受到沿斜面向上的静摩擦力,因此此时斜面毛刷的细毛与物体接触的部分都沿斜面向下弯曲,即沿-Y方向弯曲。
为了说明增加水平力后的摩擦力情况,我们不妨来设计一个慢动作,水平力由小开始慢慢地变大到一定值。设水平力沿+X方向移动,则当开始加水平力后,物体在沿斜面方向就有了两个主动力G1和F,这两个力的合力就指向第四象限(如***4所示),因此此时物体具有向第四象限的运动趋势,斜面毛刷的细毛就向第四象限弯曲。并且随着F的增大,合力越来越远离-Y方向,也越来越大,因此,细毛的弯曲方向也远离-Y方向,弯曲程度也越来越大。
当F增大到一定值时,细毛弯曲到极点,在微观上表现为即将破坏突起的原子或分子,即将开始滑动,静摩擦力达到最大静摩擦力。细毛弯曲方向为此时两个主动力的合力方向,而此时最大静摩擦力的方向为细毛弯曲方向的反方向即第二象限。
继续增大力F,物体开始滑动,滑动方向即为此时两个主动力的合力方向,即细毛的弯曲方向。静摩擦力演变为滑动摩擦力,而滑动摩擦力的方向依然是此时细毛弯曲方向的反方向,即原来最大静摩擦力的方向。从中可以看到,其实运动一开始滑动摩擦力就不可能沿+Y方向,而是主动力的合力方向。
接下来,我们继续用毛刷模型来否定一个结论:在加了水平力后,可以水平运动,并同时受到水平方向静摩擦力和沿斜面方向滑动摩擦力。取运动过程中的某一位置,假说上述过程成立,按此说法,此时在沿斜面方向物体受到四个力:下滑力G1,推力F,滑动摩擦力f2和静摩擦力f1,(如***5所示)。则我们可以说,此时斜面毛刷的细毛有两种弯曲:因为物体向+X方向运动,斜面对物体有向-X方向的滑动摩擦力,所以细毛向+X方向弯曲;又因为物体具有向-Y方向的运动趋势,而使其受到+Y方向的静摩擦力,所以细毛向-Y方向弯曲。
物体继续向+X方向运动,须知前方的细毛在物体没有达到之前全部是与斜面垂直的,不弯曲的。随着物体的到来,这些本来不弯曲的细毛由于物体的运动而向+X方向弯曲,但是并不会自动向-Y方向弯曲好等待物体的到来。所以物体到了下一个位置也就不可能产生+Y方向的静摩擦力,只受3个力,且不平衡,要离开X轴,与假说矛盾。
综上所说,在这一实例中不可能同时存在静摩擦力和滑动摩擦力。
2.物体在绳子牵动下在水平面上作滑动式圆周运动的实例
有些老师提到的这个实例(如***6所示),其文中认为物体在做圆周运动的过程中是绳子拉力和指向圆心的静摩擦力一起提供向心力,而同时又受到与运动方向相反的滑动摩擦力,因此说这个接触面同时存在静摩擦力和滑动摩擦力。笔者对这个情境同样有不同的观点。文中认为任何作圆周运动的物体都有偏离圆心的趋势,因此这时接触面必然要对其施加一个与该运动趋势方向相反的静摩擦力。笔者认为做圆周运动的物体确实都有偏离圆心的趋势,但是在这个情境中,这个趋势之所以没有促成偏离圆心的真实运动,那是因为绳子拉力抵制了这种趋势,所以对绳子来讲,物体有远离圆心的趋势,而这种趋势与水平没有直接联系,所以水平面没有对物体提供静摩擦力。
我们继续使用上述的假设法,假定文中的说法成立,则可以取运动过程的某一位置,此时水平面毛刷的细毛既沿线速度的方向弯曲,又沿半径向外弯曲,即滑动摩擦力和静摩擦力共存。但是前方的细毛照样竖直,当物体运动到前方细毛时,由于运动而造成前方细毛沿速度方向挤压而沿速度方向弯曲,但是并没有沿半径方向弯曲,即不再受到静摩擦力的作用。
我们不妨改变上述物体的运动模式,变滑动为滚动。我们可以拿一只完整的粉笔,我们知道粉笔不是圆柱体,而是一头粗一头细,我们把粉笔平放在水平桌面上,给一个初速度,粉笔就会绕一点O转动(如***7所示),在转动过程中粉笔本身与桌面并没有发生相对滑动,而是一种滚动,尽管在运动,但是粉笔与桌面的接触点又是始终相对静止的,因为粉笔与桌面间的接触点是一直在变的,所以这时候就是静摩擦力来提供向心力,而滚动可能会越来越慢,那是因为受到滚动摩擦力。
3.滑冰运动员滑冰的实例
运动员在滑冰时,特别是花样滑冰,我们经常看到运动员做着漂亮的曲线运动,而运动员脚上穿的是冰刀式冰鞋,滑冰时受到与运动方向相反的滑动摩擦力,那么是不是同时有与运动方向垂直的静摩擦力提供运动员做曲线运动的反向力呢?
我们知道,滑冰场上运动员滑冰时会留下一道道的滑痕,如果细细一看,这实际上是冰刀在冰上刻出的一道道凹槽,我们看这个凹槽的截面***(如***8所示),冰刀其实是在凹槽中向前滑行,这时如果转弯,那么就是凹槽对冰刀的侧向挤压力F2提供向心力,这是宏观上的弹力,而非摩擦力。所以冰刀在滑行过程中由冰刀头不断地划出凹槽,冰刀始终在凹槽中滑行,当然有的时候动作猛烈的话,侧向挤压力过大,还会破坏凹槽,刨出碎冰。
假如在坚硬的钢板面上,冰刀头划不出凹槽,则冰刀就没有侧向挤压力,就不能做曲线运动。
其他情境我们同样可以看到一个接触面不可能同时存在静摩擦力和滑动摩擦力。
参考文献:
静摩擦力篇4
在高中物理教学中,判断物体是否具有相对运动趋势以及静摩擦力是否存在的问题?学生颇感迷惑,怎样给学生讲清楚是教学的难点。老师在教学中通常用一把测力计拉一个放在桌面的木块或用J12175摩擦力演示器来演示静摩擦力。这两种演示方法有共同点:其一,仅限于二力平衡求解的情形,物体是否具有相对运动趋势及静摩擦力的大小都是通过测力计示值决定的。
这容易将学生带入认知的误区,不利于准确反映物体在一定条件下有相对运动趋势。其二物体有相对运动趋势是推测认定,只停留在“说”,并不能使物体真正作相对运动来印证。而且演示形式单一。
为了解决上述问题,笔者用气垫导轨来演示静摩擦力。J2125气垫导轨是利用气垫原理来工作的实验仪器。它把通常的接触滑动摩擦变为空气的内摩擦,能量损失很小。若给气垫导轨的滑块在没有“气垫”时设置几种不同的处境,再分别观察滑块在“气垫”上的运动状况,就容易确认静止的滑块相对导轨是否有运动趋势及运动趋势的方向,进而确定有无静摩擦力及其方向。达到较好突破教学难点之目的。
2演示内容和操作方法:
(1)在常态(无气垫状态),滑块静止在导轨上时,滑块相对导轨是否有运动趋势以及是否有静摩擦力?相对运动趋势及其静摩擦力方向如何确定?
①调整导轨大致水平。置滑块(质量约200g)于导轨中部,给牵引滑块的砝码桶中添加约几克砝码但滑块仍然静止。此时滑块相对导轨有向牵引方向的运动趋势和有与相对运动趋势方向相反的静摩擦力。打开气源,观察到滑块沿牵引方向运动,即表明和验证了上述推断的正确性。
②调整导轨稍倾斜。为便于测出静摩擦力的大小,在滑块上加砝码,使两者总质量约400克。置滑块于导轨中部,因滑块重量平行导轨斜面向下的分力与静摩擦力彼此平衡,滑块静止。但不是在水平状态的滑块有沿导轨向下方相对运动趋势和与相对运动趋势反问的静摩擦力。
为使学生确信这一事实,打开气源,观察到滑块在气垫上平行导轨向下方运动。即确认了推断的正确性。此时,也可用力传感器测出滑块重量平行导轨斜面向下的分力的大小,即F≈5×10-2N,也就是滑块静止时静摩擦力的大小,F=F静(两力方向相反)。
(2)在导轨的一端下方垫一木块使导轨倾角约成5°。滑块和砝码两者总质量约400克。再把橡皮筋的一端固定在滑块上,另一端固定在导轨堵板。置滑块于导轨上面。提问:在常态,静止的滑块相对导轨是否有运动趋势及方向如何?如***1所示。
①两力的合力为0时静摩擦力的演示。
先确定滑块重量平行导轨斜面向下的分力与橡皮筋弹性形变产生的拉力,找出这两力的合力为0时滑块的平衡点。方法是将滑块放在导轨上,打开气源,滑块会来回运动几下后便停止,滑块停下的位置即是平衡点。然后,断开气源待演示。若需演示时再次打开气源,观察到滑块不动。说明滑块在两力平衡点位置没有相对运动趋势,静摩擦力为0。
②三力的合力不为0时静摩擦力的演示。当滑块重量平行导轨斜面向下的分力与橡皮筋的拉力、静摩擦力共同作用,三力的合力不为0时:
a.置滑块于导轨平衡点位置的下方。打开气源,观察到滑块会平行导轨向上运动。说明滑块在常态时有平行导轨向上相对运动趋势,受静摩擦力且方向平行导轨向下。
b.置滑块于导轨平衡点位置的上方,使橡皮筋稍拉长但又不要拉力过大。打开气源,观察到滑块会沿导轨向下运动。说明滑块在常态时有相对导轨的运动趋势,方向平行导轨向下,有静摩擦力及方向平行导轨向上。
3演示实验的优点
(1)实验方法的改良与创新,体现正确的物理教学理念和科学有效的教学方法。利于培养学生学会辨证地看问题和发散性思维。
(2)通过演示实验,仔细观察滑块运动趋势,结果便一目了然。使静摩擦力抽象教学变得生动具体。有助于学生对静摩擦力概念的分析和理解。提高了教学效率和质量。
静摩擦力篇5
1。静摩擦力产生条件及特点
静摩擦力产生于直接接触的两个物体之间,并且两物体间一定有弹力的作用,而且接触面是粗糙的,两物体还具有相对运动的趋势。静摩擦力的方向与接触面平行,与物体的相对运动趋势的方向相反;静摩擦力的大小与和物体的运动状态和所受到其它力的作用有关,可运用动力学的有关规律求解。
2。静摩擦力做功的特点
一个力对物体做不做功,与这个力、物体的运动情况以及力和运动方向之间的关系有关。因而当两物体间存在静摩擦力作用时,当静摩擦力起到阻碍物体运动的作用时,静摩擦力就对物体做负功;当静摩擦力起到推动物体运动的作用时,静摩擦力就对物体做正功;当静摩擦力与物体运动方向垂直时,静摩擦力对物体不做功;当然物体受静摩擦力作用时,若物体相对地面处于静止状态,即物体相对地面没有发生位移,静摩擦力对它显然也不做功。
二、例题呈现及错解分析
例1 如***1所示,有一圆形转盘水平放置,转盘可以绕竖直转轴转动。现在距离轴心为R的位置放置一小物块,已知小物块的质量为m,其与水平圆盘间的动摩擦因数为μ,设小物块与转盘之间没有相对滑动,随转盘一起做圆周运动,试求:
(1)当圆盘由静止开始加速转动,到角速度为ω的过程中,小物块所受到的静摩擦力的方向如何?
(2)此过程中静摩擦力做什么功?做了多少功?
评析 物块随水平转盘一起转动是非常常见的物理模型,但是本题在学生常见的匀速转动模型上稍作变化,从学生的完成情况来看,容易犯下如下几个错误。
错解1 在解决第一小问时,犯了思维定势的错误,认为小物块随圆盘做圆周运动,是静摩擦力提供其所需的向心力,如***2所示,静摩擦力的方向指向圆盘的中心。接着在解决第二问时,由于摩擦力方向判断的错误,认为静摩擦力始终与物块的线速度方向垂直,因此得到静摩擦力不做功的错误结论。
错误根源分析 造成上述两种错误的根源在于受思维定势的影响,错解1认为:物体做圆周运动需要向心力,静摩擦力来提供向心力,因而静摩擦力的方向一定是指向圆心的;错解2认为:物块要随圆盘一起加速,因而物块受到的静摩擦力的方向与其线速度方向一致,静摩擦力对物块做正功。它们都没有从静摩擦力产生条件入手来分析静摩擦力的方向,片面地、简单化地套用已有有关公式或现成的结论,从而造成解题错误。
三、讲评策略
1。追问1:如果小物块随圆盘一起以角速度ω匀速转动,小物块所受到的静摩擦力方向向哪里?该力做功情况如何?
匀速圆周运动合力指向圆心提供向心力,该情境摩擦力提供物块做匀速圆周运动所需的向心力,因此静摩擦力的方向才指向圆盘中心,如***2 所示,由于,静摩擦力的方向与线速度的方向垂直,因而静摩擦力不做功。
透过这个问题,学生意识到错解1实际上是考虑的是匀速转动情况,思维的片面性导致了错误,实现错误的自我醒悟,进而重新思考问题。
2。自我纠错:当圆盘由静止开始加速转动,静摩擦力这时起到:物块做圆周运动需要向心力,同时,物块随圆盘一起加速。因此,静摩擦力在指向圆心方向和沿着线速度方向有两个分力,其静摩擦力的方向在这两个分力的合力方向,如***3所示。
四、经验小结
静摩擦力篇6
关键词:摩擦力;静摩擦力;滑动摩擦力
在全日制普通高中物理教学中,摩擦力这一节的内容既是重点,也是难点,在近几年的高考试题中频繁出现这一方面的题目。在学习摩擦力这一节内容时,学生总是似是而非,如摩擦力是否存在?摩擦力的大小及方向,以及摩擦力是否做功等问题。然而摩擦力不但是力学基础,也是组成整个高中物理知识的一块“基石”。摩擦力中又表现出“动中有静,静中有动”,尤其静摩擦力在许多情形下似乎是“若有若无,方向不定”。在判断摩擦力是否做功时,必须分清是静摩擦力还是滑动摩擦力,如果是静摩擦力做功时,怎样理解“相对静止”和“相对运动”,动摩擦力又怎样理解“运动”和“相对运动”的关系?而摩擦力是很常见的力,在生产技术中的应用是很广泛的。所以,怎样学习摩擦力效果才会更好,我认为应注意以下几个方面:
1、摩擦力的概念
在高一物理课本中,摩擦力的概念是:两个相互接触的物体在受到外力作用而具有相对运动或相对运动趋势时,在接触面处产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫摩擦力[1]。摩擦力又可以分为静摩擦力和滑动摩擦力、滚动摩擦力三类。在这里讲静摩擦力和滑动摩擦力。什么叫做静摩擦力?
两个相互接触的物体在受到外力作用而具有相对运动趋势时,物体之间就产生一种阻碍相对滑动的力,它发生在物体的接触外,这种力叫做静摩擦力[2],静摩擦力的大小由沿水平方向的外力的大小决定,且随外力大小的改变而改变,方向与相对滑动的趋势相反,外力增加至某一数值,物体刚能滑动时,静摩擦力达到极限值,而不再随外力增大而增大,这一极限值叫最大静摩擦力。当外力小于或等于最大静摩擦力时,物体将保持原来静止状态。静摩擦力可为零至最大静摩擦力之间的各个数值。在1781年英国的物理学家库仑(1736——1806)[2]?建立了关于最大静摩擦的近似规律,叫做摩擦定律,其内容如下:
1.1重量和底面的光滑程度相同的物体,在同一平面上的最大静摩擦与接触面的大小无关;
1.2静摩擦的最大值f?m与接触面的材料、表面情况、温度等有关;
1.3最大静摩擦力与两个物体互相挤压的正压力N成正比。
实验表明,最大静摩擦力f?m的大小与两接触物体间的正压力N的大小成正比,即f?m∝N 或f?m = μ0N
式中μ0叫做静摩擦力因数,它由相互接触物体的材料和表面情况(如粗糙程度、干湿程度等)决定。
滑动摩擦力是两个互相接触的物体在作相对滑动时,它们的接触面在切向上都要产生一种阻碍物体运动的力,这种力叫做滑动摩擦力???[2],用符号f表示,摩擦定律也适用于滑动摩擦的规律,其公式为:f =μN
式中μ为滑动摩擦因数,它也由相互接触物体的材料和表面情况决定,为库仑还建立了两条关于滑动摩擦的规律:
1.3.1滑动磨擦擦的方向和每一个相对运动的物体的速度方向相反;
1.3.2滑动磨擦擦因数μ(在低速时)小于静摩擦因数μ0。
一般情况下,相对于静摩擦力来说,滑动摩擦力还是比较容易确定的,它像一个恒力似的,但有时滑动摩擦力在问题中是一个变化的力,其大小与方向均可改变,这两种摩擦之间也没有绝对的界限,在一定条件下,这两种摩擦也可以相互转换。
2.关于摩擦力是教学中的重点和难点之一,要学好它首先要知道它的产生条件,即可以归纳为八个字“接触、挤压、相对、粗糙”,这样便于记忆、掌握,收到了较好的效果,即:
2.1接触:即两物体要相互接触;
2.2挤压:即两物体间要有压力;
2.3相对:即两物体间要有相对运动(对应于滑动摩擦力情形),或两物体要有相对运动趋势(对应于静摩擦力的情形);
2.4粗糙:即两物体的接触面要粗糙。
这是摩擦力产生的四个必要因素[3]。
如***1、所示,物体A向右运动,接触面光滑,物体A与地面间存在摩擦力吗?
***1
解析:由题设知,两物体已满足三个条件,而不满足第四个条件,所以这里并不存在摩擦力。
3、关于摩擦力的大小
要确定摩擦力的大小,首先要分清摩擦力的种类:是静摩擦力、滑动摩擦力还是最大静摩擦力. 如果物体处于平衡状态时,可以用平衡力来求摩擦力的大小,是一种较快捷方法,在教材中提到“摩擦力的大小跟压力成正比,也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比[1]”的实验及结论,不能全面解释有关问题,例如:同一个物体在从静止到开始运动的过程中,摩擦力的大小是改变的,它的大小除了跟正压力的大小接触面的粗糙程度有关外,还与作用在物体上的外力大小有关系,而这种过程是平衡状态过程,可用平衡力来解决问题。若物体处于非平衡状态,(加速或减速运动)时,这种方法显然不再适用,此时,静摩擦力大小只能根据牛顿第二定律求解。滑动摩擦力大小既可以根据摩擦定律f =μN求解,也可以根据物体运动状态结合牛顿第二定律间接求解,对于最大静摩擦力,也可以用公式f 静max=μN求解。
例2、在东北的冬季伐木工作中,许多伐下的木料装在雪橇上,用马拉着雪橇在冰道上滑动,将木料运送上去。一个有钢制滑板的雪橇,上面装着木料,总重量为4.9×104N,在水平冰道上,马要在水平方向用多大的力才能够拉着雪橇匀速前进[1]?
分析:雪橇(包括木料)在水平方向受到两个力的作用,马对雪橇的拉力F1,冰道对雪橇的滑动摩擦力F2(分析雪橇的受力情况)从初中学过二力平衡的知识知道,F1和F2大小相等,方向相反,即F1 = F2,滑动摩擦力F2的大小可以由F2 =μFN求出。其中FN的大小等于雪橇的总重量G,即FN = G,钢和冰之间的动摩擦因数的数值可在课文的表中查出:μ = 0.02,重量G是已知的,由此可求出F2,进而求出马的拉力F1(运用已学过的知识,把待求量与已知量联系起来)
解:已知G = 4.9×104N,μ = 0.02 求拉力F1
F1 = F2 = μFN=μG 代入数字得F1 = 0.02×4.9×104N = 980N
马要在水平方向用980N的力,才能够拉着雪橇匀速前进。
4、关于摩擦力的方向
摩擦力的定义告诉我们:摩擦力的方向总是与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反,分析时要紧扣定义,作出正确判断,如***3所示,物体B受到力F的作用,如何判断物体A和物体B所受摩擦力的方向?因为没有先千诉A、B物体的运动状态,所以分析应分三种情况讨论:①若A、B均处于平衡状态(静止或一起做匀速向右运动),则物体B受到地面的摩擦力水平向左,而A、B之间无摩擦力。②若A、B一起向右加速运动,则A受到B的摩擦力水平向右,则A对B的摩擦力水平向左,B受到地面的摩擦力水平向左。③若A、B一起向左加速运动时,则A受到B的摩擦力水平向左,而A对B摩擦力水平向右,B受到地面的摩擦力水平向右。对于①,学生都能够理解、掌握的,(可以用假设法判断A、B之间无摩擦力);对于②和③是运用牛顿第二定律,所以关于摩擦力方向的判断要分清物体所处的运动状态。
5、摩擦力做功
摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力,而静摩擦力是产生在两个有相对运动趋势的物体之间,也就是说两个物体是相对静止的,那么,静摩擦力能不能做功,是做正功还是做负功呢?滑动摩擦力是产生在两个相对运动的物体之间,那么,滑动摩擦力是不是总是做负功呢?那么我们分析以下例子:
例3:如***4所示,物体A放在水平桌面,通过跨过光滑的定滑轮的细绳与物体B连在一起,物体A、B保持静止,试分析物体A所受的摩擦力对物体A做的功[4]。
解析:在这个题目中,虽然物体A和桌面之间存在着相互作用的静摩擦力,但由于物体A没有位移,因而这里的静摩擦力不做功。
可见,静摩擦力和滑动摩擦力既可以做正功,也可以做负功。也可以不做功。在判断静摩擦力能否做功时,应该正确理解“相对静止”和“运动”的关系,所谓的两物体相对静止是相对两物体彼此为参照物而言的,并不是物体不运动。在静摩擦力做功的过程中,有机械能的转移(静摩擦力起着转移机械能的作用),而没有机械能转化为其它形式的能。而在分析滑动摩擦力做功时,也要正确理解“运动”和“相对运动”的关系。分析是谁对谁滑动摩擦力和滑动摩擦力的方向与物体的位移方向,才能确定滑动摩擦力的做功情况。
摩擦力是很常见的,在我们的现实生活中,手中拿的瓶子、毛笔不会滑落,就是静摩擦力作用的结果,能把线织成布,把布做成衣服,也是靠纱线之间的静摩擦力的作用;摩擦力在生产技术中的应用也是很多的,皮带运输机,是靠货物和传送带之间的静摩擦力,把货物送往高处的。因此,学好摩擦力的知识,不但是为了应付高考,更重要的是它的应用。
参考文献:
[1] 人民教育出版社物理室编著,全日制普通高级中学教科书(必修加选修)第一册,北京:人民教育出版社,2003.6
[2] 梁绍荣,刘昌年,盛玉华主编,第一分册(力学),北京:高等教育出版社,1995.7
静摩擦力篇7
1.知识与技能:知道滑动摩擦力概念及产生的条件,会判断滑动摩擦力的方向。知道滑动摩擦力的大小与什么有关,知道滑动摩擦力与压力成正比。知道静摩擦力概念及产生的条件,会判断静摩擦力的方向,知道最大静摩擦力的概念。
2.过程与方法:培养学生利用物理语言分析、思考、描述摩擦力概念和规律的能力;培养学生参与科学探究活动,培养学生进行交流与反思的习惯;学会从物理现象和实验中归纳滑动摩擦力大小的特点;让学生学会在实验中如何控制变量和实验条件。
3.情感态度与价值观:利用实验和生活实例激发学生学习兴趣;培养学生实践—认识(规律)—实践(解决实际问题)的思想。
教材分析:
重点:滑动摩擦力产生的条件及规律,并会用F摩=μFn解决具体问题;静摩擦力产生的条件及规律,正确理解最大静摩擦力的概念。
难点:静摩擦力有无、大小的判定
教学操作过程设计(重点写怎么教及学法指导,含课练、作业安排):
新课导入:
两本书交叠在一起,提起瞬间书向下落。
两书逐页交叉的叠在一起,书不往下掉。
问题:是什么力在发挥作用?
新课讲授:
一、静摩擦力
演示实验:老师推讲桌
1.静摩擦力定义
2.静摩擦力的条件(让学生从定义中找条件)
3.静摩擦力的方向
根据定义,静摩擦力是阻碍相对运动趋势的力,它的方向有什么特点?让学生通过实验找出静摩擦力的方向。
(1)师生一起感受静摩擦力的方向,每位同学桌上都有一把牙刷,大家用右手拿起牙刷并将牙刷毛朝下放到木板上:
手握牙刷用力向左推并使其与木板保持相对静止,此时,牙刷相对木板的运动趋势方向朝?摇?摇 ?摇?摇边,与木板接触的牙刷毛向?摇?摇?摇?摇边弯曲,说明牙刷毛受到桌面的静摩擦力向?摇?摇?摇 ?摇。
(2)手持杯子在手中,杯子相对手的运动趋势方向向?摇?摇?摇 ?摇,杯子受的静摩擦力的方向向?摇 ?摇?摇?摇。
(3)根据以上例子,静摩擦力的方向?摇?摇 ?摇?摇。
4.静摩擦力的大小
实验器材:木块,砝码一盒,弹簧测力计,木板。
实验过程:
用弹簧测力计水平地拉静止在水平桌面上的木块,逐渐增大拉力,直到木块运动为止。观察在此过程中弹簧测力计的示数变化,并完成学案上的表格。
思考:实验中注意观察拉力多大时,滑块刚刚开始运动?
实验结论:静摩擦力随拉力的增大而?摇?摇 ?摇?摇,当拉力达到某一数值时木块开始移动,拉力突然?摇?摇?摇 ?摇。
最大静摩擦力在数值上等于物体刚刚开始运动时的拉力。
静摩擦力的范围:?摇?摇 ?摇?摇
二、滑动摩擦力
1.滑动摩擦力产生的定义
2.滑动摩擦力产生的条件
3.滑动摩擦力的方向
①毛刷实验;②物块沿斜面向下运动,根据以上两种现象滑动摩擦力的方向?摇?摇?摇?摇。
4.滑动摩擦力的大小
探究实验:滑动摩擦力大小与哪些因素有关
实验器材:摩擦力演示仪、砝码一盒
实验过程:将弹簧秤的一端固定,另一端拉住木块,微型电机带动传送带转动,木块虽然没有滑动,但是木块受到了滑动摩擦力,再根据力的平衡条件很容易就测出摩擦力的大小就等于弹簧秤的拉力。改变A的重力,可多测几组数据。
实验数据记录:
用Excel电子表格画出滑动摩擦力随压力变化的***像
实验结论:滑动摩擦力的大小跟压力成正比
不同组的斜率不同,请同学们思考原因?接触面的材料不同,粗糙程度不同,***线的斜率叫动摩擦因数。
F=μFN
三、典例分析
静摩擦力篇8
【关键词】干摩擦;湿摩擦;接触面;高端
摩擦力是物体与物体相接触时,在接触面上产生一种阻止它们相对滑动的作用力。摩擦是一种极为普遍的力学现象,在人类生活、生产中无处不在。不仅固体与固体的接触面上有摩擦(这类摩擦称为干摩擦),就连固体与液体的接触面或固体与气体的接触面上都有摩擦(这两类摩擦称为湿摩擦)。在干摩擦中,摩擦力按其性质可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力三种。不同性质的摩擦力,影响其大小的因素亦不相同。
一、干摩擦力
(一)静摩擦力
只要两物体之间存在着相对滑动趋势,就会出现摩擦力。如果滑动趋势不太强,则由于摩擦力的作用,相对滑动不致真正实现,这时的摩擦力称为静摩擦力fs。可见静摩擦力产生的原因是因为物体间有相对运动的趋势。而相对运动趋势产生的原因是有外力作用,因此,产生静摩擦力的条件不仅包括接触面不光滑、有正压力,还需要有外力作用。静摩擦力的大小与指向都取决于相对滑动趋势。既然摩擦力是阻止相对滑动的作用力,静摩擦力的指向自然与接触面上相对滑动趋势的指向相反。两物体都受静摩擦力的作用,其指向分别与各该物体在接触面上的相对滑动趋势的指向相反。静摩擦力的大小也取决于相对滑动趋势,没有相对滑动趋势,就没有静摩擦力,即摩擦力大小为零;一有相对滑动趋势,静摩擦力也随之出现。在一定条件下,物体之间相对滑动趋势一定,静摩擦力就具有与之相应的一定的大小,这一大小应当恰恰足以抵消相对滑动趋势,使相对滑动不致真正发生。因此,在具体问题中,静摩擦力的大小往往不能预先知道,需要根据“物体之间并不真正发生相对滑动”这一条件从动力学的运动方程计算出来。情况一旦变了,物体之间的相对滑动趋势变了,静摩擦力的大小也就随之自动调节,使相对滑动总是不能真的发生。但是静摩擦力的自动调节并不能无限度地进行,其最大限度称为最大静摩擦力。在不超出最大静摩擦力的范围时,外力越大,静摩擦力越大。一旦超出最大静摩擦力的范围,物体便开始滑动,静摩擦力转变为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力与什么有关呢?实验查明,最大静摩擦力fmax与两物体之间的正压力n成正比,与接触面的面积无关,与接触面的性质有关(如接触面的材料、接触面的粗糙程度等)。即fmax=μsn,其中μs称为静摩擦因数,它取决于接触面的材料与接触面的表面状态等。实践证明fs≤fmax=μsn。
(二)滑动摩擦力
当外力超出最大静摩擦力的范围时,物体便开始滑动,摩擦力继续存在,只是静摩擦力转变为滑动摩擦力。物体沿着接触面相对滑动,接触面上阻止相对滑动的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的指向自然是与接触面上相对滑动的指向相反。滑动摩擦力的大小随相对滑动速度而变,相对滑动速度从零逐渐增大,滑动摩擦力则相应地从最大静摩擦力fmax=μn逐渐减小。通常说滑动摩擦小于静摩擦,将静止着的物体推动比较费劲,既以推动之后维持匀速运动则较省力,就是指此而言。但相对滑动速度过分大的时候,滑动摩擦力又急剧增大。我们可以采取控制变量法,通过实验准确验证在动摩擦因数一定时,滑动摩擦力的大小正比于接触面上的正压力n。但因为动摩擦因数较难控制,只粗略验证了在正压力一定时,滑动摩擦力与动摩擦力系数成正比这一结论。由此,可得出公式:fk=μn,其中μ称为滑动摩擦因数,它取决于接触面的材料与接触面的表面状态及相对滑动速度(如***所示)等。
在一些特殊情况下(例如材料的硬度保持一定,接触面经过一定加工等等),滑动摩擦
力几乎不随运动速度而变,并且差不多就等于最大静摩擦力,即μ=常数≈μs 当外力等于动摩擦力时,物体受力还是平衡的,要使物体运动,就必须增大外力。
二、湿摩擦力
物体相对于液体或气体(称为流体)而运动时,沿着接触面上也有阻止相对滑动的摩擦力,这种摩擦力称为湿摩擦。物体浸没于液体或气体中,运动时除了受到湿摩擦力外,同时还有另一种效应,即在接触面上,物体受到液体或气体的压力,这压力的指向垂直于接触面,而且迎面所受压力大于背面所受压力,因而物体所受压力的总效果也是阻止物体的相对运动。由此而引起的阻力称为介质阻力,并且一般来说,介质阻力远远大于湿摩擦力。介质阻力和湿摩擦力的本质完全不同,但在物体相对于液体或气体的运动中,它们起着同样的作用。一般就将介质阻力归到湿摩擦力中,不去追究它们的本质。湿摩擦力不同于干摩擦力,没有相对运动也就没有湿摩擦力。所以对于湿摩擦现象,谈不上静摩擦力。既然不存在静摩擦,不论多小的力都能推动物体使其在液体或气体中运动。在干摩擦的情况下,小于最大静摩擦力的力根本不能推动物体。可以用竹竿撑船使船前进,却从来没看见过用竹竿撑汽车使汽车前进,就是这个道理。
一旦发生相对运动,湿摩擦力也随之出现。湿摩擦力的指向自然与物体相对运动速度指向相反。至于湿摩擦力的大小则随着相对运动的加快而增大。当相对运动比较慢的时候,湿摩擦力的大小大致与速度成正比;当相对运动比较快的时候,湿摩擦力大致与速度的平方成正比。
物体浸于液体或气体中,如以一定大小的力去推物体,由于不存在静摩擦,物体将逐渐动起来。物体一开始运动,湿摩擦力也就出现。起初,湿摩擦力比较小,还小于所加推力,物体仍然继续加速。物体速度加快,湿摩擦力随之而增大。最后,物体达到某个速度,其相应的湿摩擦力与所加推动力相等,物体保持这一速度而作匀速运动,这一速度称为极限速度。如物体的初速度超过极限速度,则湿摩擦力大于所加推动力,运动变慢,最后也是达到极限速度而作匀速运动。极限速度的大小显然与所加推动力的大小有关。在力学中湿摩擦力一般不去分析与研究,主要考虑的是干摩擦力。
三、摩擦力带来的影响
推桌子时,如果没有推动,则桌子有一个向右的运动趋势,同时桌子会受到一个向左的静摩擦力的作用,阻碍它的这种运动趋势,使桌子处于相对静止状态。传递带把货物往上运的过程中,如果没有摩擦,则货物要沿斜面下滑,所以物体有沿斜面下滑的趋势,所以传送带给了货物一个沿斜面向上的静摩擦力的作用,以阻碍货物向下滑的运动趋势。
假如没有摩擦力,我们就不能走路了。因为既站不稳,也无法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多远就累得满头大汗。如果没有摩擦力的话,道路比冰还滑,那时人们只有伏倒在地上才会觉得好受些。假如没有摩擦力,螺钉就不能旋紧,钉在墙上的钉子就会自动松开而落下来。根据万有引力定律得知,一切物体就会在万有引力的作用下,全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。给一点推力就都会散开来,并且会在地上滑过来,滑过去,根本无法使用。。。
如果没有摩擦和介质阻力,物体只发生动能和势能的相互转化时,机械能的总量保持不变。这就是摩擦力带来的影响。总之,影响摩擦力大小的因素是固定的,较少的,但其表现形式却十分多样化、复杂化、只有充分了解、控制这些因素,才能充分利用有益摩擦,避免有害摩擦,最大程度地改进生产,改善生活。
四、高端物理学中对摩擦力的产生的解释
至到今天,人们对摩擦力的本质认识得不是十分清楚。最早对摩擦进行实验研究的代表性人物是文艺复兴时期的达·芬奇。他对表面光滑程度不同的物质的摩擦作了比较,提出物体间的摩擦程度取决于物体表面粗糙程度的大小,表面愈粗糙,摩擦力愈大,即固体表面的凹凸程度是产生摩擦的根本原因。这一想法后来逐步被发展为一种学说——凹凸说。该学说认为:物体表面无论经过何种加工,都必然留下或大或小的凹凸,这种表面凹凸不平的物体相互接触,就必然产生摩擦。有人对此做过这样一个比喻:固体表面的接触,犹如把一列山脉翻过来盖在另一列山脉上一样。由于它们的相互咬合,所以只有把凸部破坏掉,才能使之滑动,这便是产生阻碍相对运动的摩擦力的基本原理。这种学说在很长一段时间里,受到许多人的支持。
对于摩擦力的另外一种看法是分子说。这是由英国的物理学家德萨古利埃提出的。他认为,摩擦力产生的原因是摩擦面上的分子力相互交错所致。该学说指出,物体表面愈是光滑,摩擦面愈是相互接近,表面分子力就愈大,这样摩擦力也就愈大。但是这种学说由于加工技术上的原因,一直没有得到实验的证实,因而入们对此很难接受。
进入20世纪以后,分子说逐渐得到很多人的支持。一个叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量损失,是因固体表面分子引力场的相互干涉所致,与凹凸程度无关。而另一名著名的学者哈迪,他进行了大量的实验,从而证明了分子说的正确性。他首先把两个物体表面研磨得极光滑,然后来做摩擦实验,结果发现,两物体磨得越光滑,它们之间的摩擦力就越少,但是这种光滑水平达到一定程度时,摩擦力反而有所增加,甚至两个光滑的金属面能“粘”在一起。而这正好证实了分子说的观点:当两个表面的分子互相进入彼此的分子间的引力圈时,两者间就能产生强烈的粘合作用,并以摩擦力的形式显示出来。哈迪的实验为分子说提供了有力的证据,分子说因而获得了广泛的承认,并被进一步发展为“粘合说”。但是,凹凸说并没有因分子说和粘合说的进展而被完全废弃,它与对立的分子说和粘合说都持之有据,言之有理。有人在这两者的基础上提出了包含凹凸说内容的综合性的现代粘合论。
(一)凹凸啮合说
从15世纪至18世纪,科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论,啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起部分相碰撞,产生断裂、摩损,就形成了对运动的阻碍。
(二)粘附说
这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出,他认为两个表面抛得很光的金属,摩擦会增大,可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。
上世纪以来,随着工业和技术的发展,对摩擦理论的研究进一步深入,到上世纪中期,诞生了新的摩擦粘附论。
新的摩擦粘附论认为,两个互相接触的表面,无论做得多么光滑,从原子尺度看还是粗糙的,有许多微小的凸起,把这样的两个表面放在一起,微凸起的顶部发生接触,微凸起之外的部分接触面间有10-8 m或更大的间隙。这样,接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小,微凸起的顶部发生弹性形变;如果法向压力较大,超过某一数值(每个凸起上约千分之几牛顿),超过材料的弹性限度,微凸起的顶部便发生塑性形变,被压成平顶,这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子(原子)引力发生作用的范围,于是,两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼比接触的表面发生相对滑动,必须对其中的一个表面施加一个切向力,来克服分子(原子)间的引力,剪断实际接触区生成的接点,这就产生了摩擦。在现代摩擦理论中,还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能带上异号电荷,它们之间的静电作用,也是摩擦力的一个原因。
综上所述,摩擦现象的机理是复杂的,是必须在分子尺度内才能加以说明的。由于分子力的电磁本性,摩擦力说到底也是由于电磁相互作用引起的。
上述理论,已经否定了“物体表面越光滑,摩擦力越小”的说法。在非常平滑的物体表面之间,摩擦力是存在的。在教学中经常使用“表面光滑”,其含义是指无摩擦或摩擦因数等于零的表面,即没有摩擦力。这是教学中的一种约定,而并非真的是说两个表面光滑。在平玻璃板上推木块很容易,而在平玻璃板上推与木块相同质量的玻璃时就不容易了,这说明摩擦力增大了。 【参考文献】
[1]徐行.力学[m].内蒙古人民出版社,1993.
[2]梁昆淼.力学(上册)[m].高等教育出版社,1998.
静摩擦力篇9
【关键词】物理教学;教师;摩擦力做功
学生学习高中物理中的力学时,常常反映摩擦力部分比较难学,尤其是静摩擦力掌握起来更加困难。要想清楚摩擦力做功的问题,就要明确摩擦力做功特点以及力对物体做功问题的常规求解方法。在两个互相接触、接触面粗糙、有弹力作用并且相互运动的物体之间会产生摩擦力。当一个物体受到滑动摩擦力时,其方向和另一物体相对运动的方向是相反的,受静摩擦力时的方向和另一个物体相对运动趋势的方向也是相反的。滑动摩擦力的大小可以根据公式f = ?N计算,静摩擦力大小和物体所受的力以及物体当时的运动情形有关,然后再通过牛顿第二定律进行解答。
探究摩擦力对一物体的做功,不仅需要明确摩擦力的方向和大小,还需要明确在摩擦力作用下物体发生的位移。确定物移时要先把参照系确定好,高中物理中常常以地面为参照物。明确力F、位移S以及它们的夹角θ,就很容易求出摩擦力的做功了。
一、摩擦力做功特点
滑动摩擦力及静摩擦力都可以做正功或负功,也可以不做功,像皮带传送中,静摩擦力就会对物体做正功,而对皮带就没有做功。静摩擦力做功时,仅仅是机械能在相互转化,这时的静摩擦力主要是在传递机械能,机械能并没有转化成别种形式的能。滑动摩擦力在做功时,不仅机械能之间在相互转化,而且机械能和别种形式的能也在相互转化。在相互作用系统中,一对静摩擦力在做功时的代数和是零。在相互摩擦系统中,一对滑动摩擦力做的功都是负值,绝对值等于相对位移和滑动摩擦力的乘积,也就是系统所耗损的机械能。
二、高中物理教学中摩擦力做功的问题
1.滑动摩擦力对物体做负功
滑动摩擦力会阻碍物体运动,而物体也会克服滑动摩擦力进行运动,在这个过程中,滑动摩擦力就对这个物体做负功。比如,把一个质量为m的物块置于水平静止的粗糙桌面上,通过外力拉着物块向右运动,位移达到S时,摩擦力对这个物块做功多少?(已知物块和桌面的摩擦因数是?)如***1所示:
物块放在水平桌面运动,所受滑动摩擦力的大小是f = ?mg,方向为左,位移S的方向为右。通过公式W = FScosθ,就得出W =?mg Scosπ=–?mg S,也就是摩擦力对这个物块做了负功。
2.滑动摩擦力对物体做正功
滑动摩擦力也会加快物体运动,这时就会对物体做正功。比如,一辆车停在水平地面上,车的粗糙表面上有一个质量为m的物体,当车向右运动的位移是S时,车上面的物体向左相对运动,而位移是Sˊ,那么滑动摩擦力对这个物体做功多少?如***2所示:
车向右运动时,物体相对于这个辆车会向左滑动,因此物体所受的滑动摩擦力方向是向右,小车运动中,车上的物体和地面相对的位移是S–Sˊ,呈向右的方向。因此,在这个过程里,滑动摩擦力对车上物体做正功,做功的大小是W = FScosθ=?mg(S–Sˊ)。而滑动摩擦力则对该车做负功,即Wˊ=?mgScosπ=–?mgS。这一对滑动摩擦力对两物体做功的和是W = W + Wˊ=–?mgSˊ,总功是负值。
3.滑动摩擦力没有对物体做功
在***1里,虽然水平桌面受到物体向右运动时滑动摩擦力的作用,不过桌面没有随之运动。也就是说在滑动摩擦力作用下,和地面对应的桌面位移S为0,做功W也就为0,所以滑动摩擦力没有对桌面做功。
从上面我们就可以看出,不同物体之间产生的滑动摩擦力,对其中一个物体可以做正功,可以做负功,也可以不做功。不过,滑动摩擦力不可能对两个物体同时不做功,总会出现对其中一物体做正功,而对另一物体做负功,或对两物体同时做负功的现象。比如,冬天寒冷人们常常两手搓手取暖,这时滑动摩擦力对两只手就同时做负功。两物体间出现的滑动摩擦力,必须至少对其中一物体做功,而且对两物体做的总功是负值。所以,相对滑动时机械能会转化成内能。
4.静摩擦力对物体做功
有一传送带和水平方向的夹角是θ,上面有一袋粮食,相对传送带来说粮食是静止的,传送带把粮食匀速向下传送,在这个过程里静摩擦力对粮食做功多少?如***3所示:
传送带匀速向下传送粮食时,和地面相对的位移方向是沿着斜面向下,在这个过程中,传送带对粮食的静摩擦力和粮食重力下滑的分力平衡,即沿斜面向上,粮食所受静摩擦力和其位移方向呈反方向,所以静摩擦力对粮食做负功。假如***中的传送带是匀速向下传送粮食,静摩擦力就对粮食做正功。
假如物体在地面呈静止状态,在静摩擦力作用下没有出现位移,这个过程中静摩擦力就没有对物理做功。静摩擦力是否对物体做功,或者做何种功,主要是看物体所受静摩擦力和其运动方向。
三、总结
不管是静摩擦力还是滑动摩擦力,判断有没有做功的依据是力做功的必要条件。在高中物理教学中,教师要帮助学生务实基础,提高他们实际分析问题的能力。在课堂上,教师通过上面例子的分析以及归纳,有利于帮助学生对摩擦力做功有更好地理解,从而实现教学目标,提升教学的效率。
参考文献:
[1] 李宝缺.摩擦力做功的特点及例证[J].高中数理化(高一版),2008(04)
静摩擦力篇10
摩擦力是高中物理必修一中的重点、难点,也是历年高考的热点问题,并且还占有较大的分值。本人在教学中发现学生对理解摩擦力的相关概念模糊不清,处理有关问题时感到困难重重。为此,我在教学中重视基础知识的教学,狠抓根本,形成明显的思维,突出教学要点。下面是本人在教学中如何让学生容易理解摩擦力问题的几点做法:
一、 强化对摩擦力概念的理解,明确摩擦力产生的条件
1、物体间直接接触;2、接触面粗糙;3、接触面间有弹力存在;4、物体间有相对运动或相对运动趋势。这四个条件紧密相连,缺一不可,很显然,若两个物体不接触或虽然接触,但接触面是光滑的,则不存在摩擦。若只满足条件1、2而缺少了3、4中的任意一个,也不会有摩擦力存在。如一块砖紧靠在竖直墙面,放手后让其沿墙壁下滑,也就是不具备条件3,即相互间无压力,因此砖不能受到摩擦力作用。又如静止在粗糙面上的物体,它就是缺少条件4,当然就不存在摩擦力了。
二、讲明摩擦力的三个特点
摩擦力的三个特点,在教材中没有明确指出,而遇到实际问题时总要考虑到这些因素。我们只有在教学中总结指明,才能使学生清楚明白,并在处理错综复杂的力学综合题时才不至于无从下手,甚至丢大分。在教学中加深对摩擦力的理解、分析的同时,本人已总结出摩擦力具有显著的三个特点:即1、接触性,2、被动性,3、滑动摩擦力的大小与物体运动状态无关、与接触面大小无关性。对于接触性,即物体受摩擦力的作用,物体间直接接触(反之不一定成立),这一点已经包括在摩擦力产生的条件里,学生都能理解。而被动性,即摩擦力随外界约束条件的变化而变化这是难点,学生往往缺乏理性认识,在教学中应该特别强调、重点指明,通过列举生活中实例使学生加深理解。对于第3个特点(滑动摩擦力的大小与物体运动状态无关、与接触面大小无关性),学生最容易忽略,更要强调。
三、重视摩擦力大小的计算
在确定摩擦力大小之前,须先分析物体的运动状态,判明发生的是滑动摩擦还是静摩擦。当然在判断时特别应注意,不能绝对地说静止物体受到的摩擦力是静摩擦力;运动物体受到的摩擦力是滑动摩擦力。静摩擦力是保持相对静止的两个物体之间的摩擦力,受静摩擦力作用的物体不一定静止,静摩擦力是变量,其大小、方向都与物体所受外力的情况有关。滑动摩擦力是具有相对滑动的两个物体间的摩擦力,受滑动摩擦力作用的两个物体不一定都滑动。