用定性與半定量的物理思想分析斜面體的摩擦力情況

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)用定性與半定量的物理思想分析斜面體的摩擦力情況貴州省金沙縣第一中學(xué) 鐘遠平 斜面體放在粗糙水平地面上，一個物塊放在斜面體上相對斜面方向運動時，斜面體相對水平地面是否有運動趨勢呢，水平面是否對斜面體有摩擦力呢，這類問題往往因為錯誤的生活經(jīng)驗，認(rèn)為斜面一定會因為物塊的壓力而往后退，導(dǎo)致具體情況無法具體分析而出現(xiàn)錯誤，即使學(xué)生認(rèn)真去分析也很難解決這一難點，更不用說定量得出結(jié)果了，筆者認(rèn)為有必要對斜面體問題歸類辨析，以利于學(xué)生理解，并且僅用定性及半定量的物理思想即可辨析清楚，沒

2、必要進行大量的定量計算。分析方法如下：分析物塊在斜面體上運動時，水平面對斜面體的摩擦力情況首先應(yīng)分析斜面體相對水平面的運動趨勢，而斜面體相對水平面是否有運動趨勢取決什么呢，這種運動趨勢只取決于斜面體上的物塊對斜面體的作用力即壓力與摩擦力的合力，只要明白這個作用力的方向，那么斜面體相對水平面是否有運動趨勢就迎刃而解了，下面就來分類討論：一、物塊自由放在斜面上的運動。1、物塊在粗糙斜面上靜止，水平面對斜面體的有摩擦力嗎？傳統(tǒng)采用的方法（如圖）：xyFNmgFfyFfxFN先隔離物塊受力分析：物塊受重力mg，斜面體給物塊的支持力FN及沿斜面向上的摩擦力Ff保持靜止，再隔離斜面體受力分析，受重力Mg，

3、地面的支持力N，物塊給斜面體的壓力FN，沿斜面向下的摩擦力Ff，需建立直角坐標(biāo)系定量計算斜面體受到的壓力FN與摩擦力Ff在水平方向的分力大小關(guān)系，才能確定水平面是否對斜面有摩擦，麻煩不說，定量計算也容易出錯，另一傳統(tǒng)方法較好，即整體法，地面對 M 的摩擦力, 都是直角劈 M 和物塊m作為一個整體與外界的作用力, 用整體法來分析求解較為方便，這一整體在水平方向平衡, 因此水平方向合力為零, 由此可推知地面對 M 沒有摩擦力，但整體法也有局限性，一旦涉及到物塊在外力作用下加速或者減速，就難用整體法求解了。其實據(jù)物塊在粗糙斜面上靜止這一前提，即知道斜面體給物塊的作用力即支持力FN與摩擦力Ff的合力豎

4、直向上，大小與重力mg等大，反之，物塊給斜面體的作用力即物塊給斜面體的壓力FN與物塊給斜面體沿斜面向下的摩擦力Ff的合力一定豎直向下，大小也等于mg，故斜面體在水平方向上的合力為零，相對水平面無運動趨勢，水平面對斜面體無摩擦力。2、物塊在粗糙斜面上勻速下滑時tan，水平面對斜面體有摩擦力嗎？與物塊在粗糙斜面上靜止類似，因為斜面體給物塊的作用力豎直向上，反之物塊給斜面體的作用力豎直向下，物塊對斜面體水平方向作用力為零，故斜面體相對水平面無運動趨勢，水平面對斜面體無摩擦力。3、物塊在粗糙斜面上加速下滑及減速下滑時，水平面對斜面體有摩擦力嗎？xyFNmgFfxyFNmgFf同樣在分析水平面對斜面體有

5、無摩擦?xí)r，我們只定性分析斜面體受物塊給的壓力FN及摩擦力Ff的合力方向，我們不難看出，當(dāng)物塊在粗糙斜面上加速下滑時，即斜面與物塊間的摩擦因數(shù)tan, 斜面體給物塊的作用力斜向右上，反之，物塊給斜面體的作用力一定斜向左下，故斜面體相對水平面有向左的運動趨勢，水平面對斜面體有向右的摩擦力。有題為證：例1、某大型游樂場內(nèi)的新型滑椄可以等效為如圖所示的物理模型，一個小朋友與AB段間的動摩擦因數(shù)1tan，他從A點開始下滑，滑到C點恰好靜止，整個過程中滑梯保持靜止?fàn)顟B(tài)，則該小朋友從斜面頂端A點滑到底端C點的過程中（ ）A、地面對滑梯的摩擦力方向先水平向左，后水平向右B、地面對滑梯始終無摩擦力作用C、地面對

6、滑梯的摩擦力方向一直向左D、地面相對滑梯的運動趨勢一直向右由題意可知在AB段因為1tan，則小朋友減速滑下，滑梯給小朋友的作用力斜向右上，小朋友給滑梯的作用力斜向左下，滑梯有向左運動的趨勢，地面給滑梯水平向右的摩擦力，所以A對BCD錯，正確答案是A，對學(xué)生來說，該題較難，但歸類分析這類斜面體問題后，該題就較容易了。二、物塊在外力作用下沿斜面向下的運動。F1、tan情況下物塊F例2：滑塊m放在斜面體M上，滑塊m恰能沿斜面勻速下滑，而斜面體M靜止不動，若沿斜面方向用力F向下推m, 使m沿斜面加速下滑，則此時斜面體受地面的摩擦力（ ）A、方向水平向右 B、方向水平向左 C、大小為零 D、無法判斷大小

7、及方向半定量分析如下，當(dāng)所加外力沿斜面向下時，并未改變斜面對物塊的支持力FN與摩擦力Ff，支持力FN與摩擦力Ff的合力仍豎直向上大小等于mg，反之，壓力FN與摩擦力Ff的合力一定豎直向下，大小也等于mg，故斜面體在水平方向上的合力為零，相對水平面無運動趨勢，水平面對斜面體無摩擦力。正確答案是C。xyFNmgFfxyFNmgFfFxyFNmgFfF同樣可分析，當(dāng)所加外力垂直斜面向下時，一方面使支持力由FN增加到FN1FNF，另一方面摩擦力由FfFN增加到Ff1（FNF），由于Ff/FN=tan是定值，使得加垂直斜面的力F后FN1與Ff1的合力仍豎直向上，反之物塊給斜面體的作用力仍豎直向下，斜面體

8、相對水平面無運動趨勢，水平面對斜面體M無摩擦力。當(dāng)F的方向在豎直面時，都可分解平行于斜面方向和垂直于斜面的兩個分力, 結(jié)合上面的兩種情況, 當(dāng)原來的物塊在斜面上勻速下滑時，所加外力 F沿豎直平面內(nèi)的任一方向, 使物塊繼續(xù)沿斜面下滑時，水平面對斜面無摩擦力。2、tan情況下物塊在外力作用下沿斜面向下的運動。用前面tan情況下物塊在外力作用下沿斜面向下的運動的分析方法同樣可以得到，物塊不受外力時所受支持力FN與摩擦力Ff的合力斜向左上，受外力后因為Ff/FN=tan是定值，支持力FN與摩擦力Ff的合力方向不變?nèi)孕毕蜃笊?，即得到壓力FN與摩擦力Ff的合力仍斜向右下，斜面體向?qū)λ矫婵傆邢蛴业倪\動趨勢

9、，水平面給斜面體的摩擦力向左，極限情況下，0（滿足tan情況下物塊在外力作用下沿斜面向下的運動。同樣的分析方法可以得到，tan情況下物塊不受外力時所受支持力FN與摩擦力Ff的合力斜向右上，受外力后因為Ff/FN=tan是定值，支持力FN與摩擦力Ff的合力方向不變?nèi)孕毕蛴疑?，即得到壓力FN與摩擦力Ff的合力仍斜向左下，斜面體向?qū)λ矫婵傆邢蜃蟮倪\動趨勢，水平面給斜面體的摩擦力向右。xyFNmgFf綜上，得出結(jié)論，物塊自由放在斜面上靜止時，水平面對斜面無摩擦，物塊xyFNmgFf三、物塊沿斜面體向上滑動情況的分析這種情況比較簡單，斜面粗糙，物塊向上滑動時，無論與tan是何關(guān)系，物塊所受支持力FN垂直斜面向上，摩擦力Ff沿斜面向下，支持力