高中物理摩擦力專題

高中物理摩擦力專題

本文介紹了摩擦力的定義、產生條件和分類，包括靜摩擦力和滑動摩擦力。靜摩擦力是指兩個相互接觸物體之間存在相對運動的趨勢，但沒有出現相對運動的力。而滑動摩擦力是指兩個相互接觸物體之間存在相對運動的趨勢，并且產生相對運動的力。在靜摩擦力的經典案例分析中，正確的說法是有相對運動趨勢的相互接觸的物體間有可能產生靜摩擦力。而人走路時摩擦力的方向、自行車在行進過程中前輪和后輪摩擦力的受力方向以及位于斜面上的物塊在沿斜面向上的力作用下的靜摩擦力方向都是重要的例子。在滑動摩擦力的經典例題中，正確的說法是只有相互接觸且發(fā)生相對運動的物體間才可能產生滑動摩擦力，而受彈力作用的物體不一定會受到滑動摩擦力。此外，動摩擦因數與物體重量、支持面傾斜程度和正壓力大小無關，而是由物體材料和接觸面的粗糙程度決定的。總之，了解摩擦力的定義、產生條件和分類，以及經典案例和例題，對于學習力學和物理學都是非常重要的。小物體放在傳送帶上時，初速度為零，但相對于傳送帶的初速度不為零，為-2m/s。因此小物體受到向前的滑動摩擦力，向前加速，加速度為μg。當小物體速度與傳送帶速度相等時，兩者相對靜止，不存在摩擦力，小物體開始做勻速直線運動。因此小物體的運動可以分為兩個階段，先由零開始加速，后做勻速直線運動。如果小物體對地的初速度不為零，其方向與傳送帶速度方向相同，則小物體受力情況與初速度為零時相同，即相對于地做初速度為V20的勻加速直線運動，直至與傳送帶達到共同速度勻速運動。如果初速度方向與傳送帶速度方向相反，則小物體先沿著初速度方向做勻減速直線運動直至速度為零，然后反方向做勻加速直線運動。如果初速度小于傳送帶速度，則小物體再次回到出發(fā)點時速度變?yōu)?V20，受力大小和方向沒有改變。如果初速度大于傳送帶速度，則小物體在未回到出發(fā)點之前與傳送帶達到共同速度V勻速運動。計算物體在傳送帶上相對于傳送帶運動的距離，需先計算物體在一段時間內的位移X2，再計算傳送帶在同一段時間內的位移X1。注意，若傳送帶長度不足，則物體可能以不同的速度從右側離開傳送帶，應對題目條件引起重視。兩個位移的矢量之差X2-X1就是物體相對于傳送帶的位移。在傳送帶系統(tǒng)中，物體與傳送帶相對滑動時，滑動摩擦力對物體做的功由動能定理決定，其中X2是物體對地的位移?；瑒幽Σ亮ξ矬w可能做正功，也可能做負功，物體的動能可能增加也可能減少。同樣地，滑動摩擦力對傳送帶可能做正功也可能做負功。當摩擦力對于傳送帶做負功時，我們通常說成是傳送帶克服摩擦力做功，這個功的數值等于外界向傳送帶系統(tǒng)輸入的能量。摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于摩擦力對物體和傳送帶做的功的代數和，即滑動摩擦力對系統(tǒng)總是做負功，這個功的數值等于摩擦力與相對位移的積。摩擦力對系統(tǒng)做的總功的物理意義是物體與傳送帶相對運動過程中系統(tǒng)產生的熱量。考慮一個具體的情況，如圖所示，水平長傳送帶始終以速度v=3m/s勻速運動?，F將一質量為m=1kg的物塊放于左端（無初速度）。最終物體與傳送帶一起以3m/s的速度運動，在物塊由速度為零增加至v=3m/s的過程中，求由于摩擦而產生的熱量以及由于放了物塊，帶動傳送帶的電動機消耗的電能。對于第一個問題，小物塊剛放到傳送帶上時其速度為零，將相對于傳送帶向左滑動，受到一個向右的滑動摩擦力，使物塊加速，最終與傳送帶達到相同速度v。物塊所受的滑動摩擦力為Ff=μmg，物塊加速度為a=Ff/m=μg，加速至v的時間t=(v-0)/a=v/(μg)，物塊對地面位移S1=1/2at^2=1/2μg(v/μg)^2=1/2v^2/μg，這段時間傳送帶向右的位移S2=vt=v^2/μg，因此物塊相對傳送帶向后滑動的位移S=S2-S1=1/2v^2/μg，根據能量守恒定律可得由于摩擦而產生的熱量Q=FfS=μmg(1/2v^2/μg)=1/2μv^2g=4.5J。對于第二個問題