高中物理必考點 全反力與摩擦角專題詳解

【下載后獲高清版】高中物理必考點：全反力與摩擦角專題詳解1.全反力物體與支持面之間存在摩擦力的前提是存在正壓力N，由于總是伴隨著N出現(xiàn)，兩個力的施力對象和受力對象相同，所以人們經常把兩個力結合起來一起考慮，把這兩個力的合力R稱為支持面對物體的全反力，R與N的夾角稱為全反角θ。如圖所示⑴當為靜摩擦力時，我們知道靜摩擦力是被動力，它的范圍是，表示最大靜摩擦力，⑵當為動摩擦力時，摩擦力與正壓力存在關系，N是接觸面的正壓力，2.摩擦角當物體在支持面上滑動或即將滑動時，由全反力的知識，全反角是一個定值，僅與接觸面的動摩擦因數有關，我們把此時的全反角稱為摩擦角，用表示。記?。耗Σ两堑囊?，其實質是指明兩物體在相對滑動或即將相對滑動時全反力的方向。3.應用舉例[例1]一物塊置于水平的地面上。當用與水平方向成

斜向上的力拉物塊時，物塊做勻速直線運動，當改用與水平方向成

斜向下的力拉物塊時，物塊仍做勻速直線運動。若和大小相等，求物塊與地面的動摩擦因數？解析：當物塊處于滑動狀態(tài)時，全反角必然等于摩擦角，即全反力R的方向是確定的，與支持力的夾角θ=arctanμ，對物塊做受力分析，如圖所示物塊受到重力G、全反力R和拉力F三個力的作用，由幾何知識易知，所以。[例2]如圖，斜劈A靜止放置在水平面上，質量為m的物體B在外力和的作用下沿斜劈表面向下運動，當方向水平向右、方向沿斜劈的表面向下時，斜劈A受到地面的摩擦力方向向左，則下列說法中正確的是（）A.若同時撤去和,物體B的加速度方向一定沿斜面向下B.若只撤去，在物體B仍向下運動的過程中，A所受地面摩擦力方向可能向右C.若只撤去，在物體B仍向下運動的過程中，A所受地面摩擦力大小、方向都不變D.無論撤去還是，在物體B仍向下運動的過程中，A所受地面摩擦力始終向左解析：引入全反力后，對B做受力分析，如圖，B受到重力、外力、和A對B的全反力R，注意，R是A對B的支持力與滑動摩擦力的合力，摩擦角為。A則受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力和B對A的反作用力R’，由于已知地面的摩擦力向左，所以可得R’斜向右下，從而R的方向是斜向左上。全反力R的方向說明摩擦角φ小于斜面傾角θ，即，等價于所以如果沒有外力，物體B也將滑下，A正確；只要物體B向下滑，A對B的全反力方向就不會發(fā)生變化，所以B對A的作用力方向也不會變化，地面的摩擦力方向也不會變化，B錯誤；平行于斜面，不會影響斜面支持力的大小，也就不會影響全反力的大小，所以C正確；D顯然正確。[例3】如圖，一斜面體靜止在粗糙的水平地面上，一物體恰能在斜面體上沿斜面勻速下滑，若用一大小、方向均未知的恒力F作用在物體上，使物體仍然下滑，則斜面體受地面的摩擦力（）A.大小為零B.方向水平向右C.方向水平向左D.以上情況都有可能解析：物體勻速下滑，說明物體處于平衡狀態(tài)，對物體作受力分析可知，斜面體對物體的全反力R與重力G平衡，此時摩擦角φ=arctanμ，全反力R豎直向上。無論恒力如何加，只要物體滑動，全反力的方向就不會改變，始終在豎直方向上，所以沒有摩擦力。選A[例4]如圖所示，粗糙斜面始終靜止在地面上，一個豎直向下的恒力F作用在物塊上，使其以加速度a沿斜面勻加速下滑，下列說法正確的是（）A.斜面受到地面給的水平向左的靜摩擦力B.若減少F至零，物塊可能最終勻速下滑C.若增大F，物塊下滑的加速度不變D.若增大F，物塊下滑的加速度將增大解析：引入全反力，物塊受到重力、外力F和全反力R，由于重力和外力F都在豎直方向上，所以全反力R必然斜向左上，否則不可能勻加速下滑；再以斜面為研究對象，由于全反力R的反作用力方向斜向右下，而斜面保持靜止，就必須有來自地面的向左的摩擦力來平衡，A正確；由于全反力R斜向左上，說明摩擦角小于斜面傾角，F(xiàn)減小到0后，物塊仍將加速下滑，B錯誤；增大F，全反力R也增大，所以加速度也將增大，C錯誤，D正確；[例5]如圖，質量為M、傾角為θ的斜面體靜止在水平地面上，有一質量為m的小物塊放在斜面上，輕推一下小物塊后，它沿斜面向下勻速運動。若對小物塊施加沿斜面向下的恒力F，斜面體始終靜止。施加恒力F后，下列說法正確的是（）A.小物塊沿斜面向下運動的加速度大小是F/mB.斜面體對地面的壓力大小等于（M+m）g+FsinθC.地面對斜面體的摩擦力方向水平向左D.斜面體對小物塊的作用力的大小和方向都變化解析：施加恒力F前，物塊勻速運動，說明受力平衡，即全反力N與重力G二力平衡，施加F后，全反力N和重力G都沒有變化，小物塊僅受F作用，A正確；斜面體受到重力Mg、小物塊的反作用力N'和地面的支持力，顯然N'=N=mg，所以對地面的壓力等于（M+m）g，B錯誤；全反力的方向是豎直的，斜面體對地的壓力豎直向下，沒有水平分量，所以也沒有水平方向的摩擦力，C錯誤；斜面體對小物塊的作用力大小和方向都不變，D錯誤。[例6]如圖，楔形物塊A靜置在水平地面上，其斜面粗糙，斜面上有小物塊B，用平行于斜面的拉力F拉B，使之沿斜面勻速上滑，現(xiàn)改變力F的方向至與斜面成一角度斜向上方（圖中虛線所示），仍使物體B沿斜面勻速上滑，在B運動的過程中，楔形物塊A始終保持靜止，關于相互間作用力的描述正確的是（）A.A對B的摩擦力一定變小B.拉力F一定變大C.物體B對斜面的作用力可能不變D.地面受到的摩擦力一定變小解析：物塊勻速運動，表明受力平衡，對物塊做受力分析，如圖重力G、全反力R和外力F構成一封閉三角形。由于物塊滑動，所以全反力R的方向不會發(fā)生變化，由動態(tài)三角形法，可知F向上轉動后，R必然變小，從而AB間的摩擦力變小，A正確；拉力F與全反力R垂直時，取最小值，所以F先變小然后再變大，B錯誤；由圖可見，全反力R方向不變，但大小逐漸變小，所以C錯；全反力R變小，地面的靜摩擦力也變小，D正確。[例7]如圖，質量為m的滑塊B以初速度沿斜面體表面向下運動，此時斜面體A受到地面的摩擦力方向向左，斜面體A始終靜止在水平地面上，下列說法正確的是（）A.滑塊B可能勻速下滑，也可能加速或者減速下滑B.斜面體的斜面一定是粗糙的C.滑塊B下滑的過程中對其施加沿斜面向下的恒力F，A所受地面摩擦力不變D.滑塊B下滑的過程中對其施加沿斜面向下的恒力F，A所受地面摩擦力一定變大解析：將滑塊與斜面體看做整體，受到向左的摩擦力，整體必然有向左的加速度，斜面靜止，所以滑塊必定有向左的加速度，A錯誤；斜面體光滑或者粗糙都可以，只要B有斜向下的加速度即可，B錯誤；滑塊B對斜面的正壓力不變，全反力也不會變，所以C正確，D錯誤。[例8]如圖，一個物體A靜止于斜面上，現(xiàn)用以豎直向下的外力壓物體A，下列說法正確的是（）A.物體A所受的摩擦力可能減小B.物體A對斜面的壓力一定增大C.不管F怎樣增大，物體A總保持靜止D.當F增大到某一值時，物體A可能沿斜面下滑解析：物體A可以靜止于斜面上，說明mg·sinθ<μmg·cosθ（引入全反角的話，就意味著此時全反角小于摩擦角），當m增大時上式恒成立，外力F相當于m增大，所以C正確，D錯誤；m增大，摩擦力相應增大，B正確。[例9]如圖，質量為m的物體放在一固定斜面上，當斜面傾角為

時恰能沿斜面勻速下滑?，F(xiàn)對物體施加一大小為F的水平向右恒力，物體可沿斜面勻速向上滑行，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，當斜面傾角增大并超過某一臨界角θ0時，不論水平恒力F多大，都不能使物體沿斜面向上滑行，試求：⑴物體與斜面間的動摩擦因數μ；⑵臨界角。解析：⑴物體勻速下滑時，有mg·sin

=μmg·cos所以(2)、由摩擦角知識，物塊與斜面的摩擦角，如圖所畫要想F無論多大都不能推動物體，僅需F落入摩擦角區(qū)域內，當F與R重合時為臨界條件，顯然此時。[例10]某同學最多能提起50kg的重物，一物體M放在傾角

的粗糙斜坡上，物體與斜坡的摩擦因數，試求該同學能向上拉動的物體M的最大值。解析：本題為斜坡