。
例6 如图7所示,竖直放置的弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放其上的固定挡板MN接触且处于静止状态。则斜面体P此刻受到的外力有几个?
解析:由于斜面体P受向下的重力作用,而挡板不会对它作用向上的力,因此弹簧一定处于压缩状态,但压缩量不确定,它对斜面体P向上的弹力大小就不确定,但可以肯定这个弹力不会小于重力。若弹力等于重力,斜面体和挡板间无挤压,不会出现弹性形变,故挡板对斜面体P无弹力作用,也就不会有摩擦力作用。斜面体只受重力、弹簧的弹力两个力的作用。若弹簧的弹力大于重力,斜面体和挡板间会挤压出现弹性形变,挡板对斜面体产生垂直挡板斜向下的弹力作用。此时,斜面体所受的弹簧的弹力(T)、重力(mg)、挡板的弹力(N)三个力(如图8所示)的合力必是斜向上的。这样,斜面体就有沿挡板向上的运动趋势,故挡板对斜面体P有沿挡板斜向下的静摩擦力。故当弹簧的弹力大于斜面体P的重力时,斜面体P受重力、弹簧的弹力、挡板的弹力和静摩擦力四个力的作用。
例7 有一直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑。AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图9所示)。现将P环向左移动一小段距离,两环再次达到平衡,那么将平衡后的状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是( )
A.N不变,T变大 B.N不变,T变小 C.N变大,T变大 D.N变大,T变小
解析:由于要比较力大小的两次,两环均处于平衡状态(加速度为零,处于静止状态),故可以两环作为一个整体来研究。杆OB光滑,不会对整体(Q部分)有竖直方向的摩擦力,杆AO对整体(P环)的弹力(支持力)垂直杆AO向上,即竖直向上。故整体在竖直方向只受重力和杆AO的支持力作用,由于两环处于平衡状态,所以N=mg,故AO杆对P环的支持力N不变。对于细绳的拉力,必须把两环隔离讨论,这样,拉力才能成为外力。选环Q进行研究,它受杆OB的弹力F、重力mg、细线拉力T三力作用而处于平衡状态,按共点力的平衡条件,若把表示这三个力的矢量,保持原方向不变平移使其首尾相接,必形成封闭三角形。原先两环平衡时力矢量T与F的交点为a,将环P左移后,重力大小及方向均不变,杆OB对Q的弹力方向不变(水平),两环重新平衡时,细绳上的拉力方向与竖直方向的夹角减小,力矢量T末端左移变为T,它与力矢量F的交点变为了b,如图10所示。由图可以看出T小于T,故T变小。故本题中A、C、D错B对,选B。
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剖析滑动摩擦力的知识点
一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力,这种力就叫滑动摩擦力。希望同学们在学习的过程中要注意以下知识点的理解和应用。
一、摩擦力产生的条件
1.两个物体相互直接接触;2.两个物体互相挤压;3.接触面粗糙;4.两个物体间有相对运动。要产生滑动摩擦力必须同时具备这四个条件,缺少任何一个条件,都不能产生滑动摩擦力。
例1 如图1,A、B两物体所接触的平面的动摩擦因数为μ,B在水平面上,A与竖直面接触,A、B通过定滑轮连接在一起,A匀速下落,试分析A与竖直面有无滑动摩擦力。
解析:A与竖直面接触、相对运动且接触面粗糙,但无挤压,A不受滑动摩擦力。
例2 如图2,木板B以的对地速度向右滑动,物体A此时以的
对地速度向右滑动,A与B接触,且接触面粗糙,问A和B之间有无滑动摩擦力
解析:满足两个物体相互直接接触、互相挤压、接触面粗糙,但以A与B无相对运动,即A与B间无滑动摩擦力。
注意:确定滑动摩擦力有无时一定要把握好运动和相对运动的关系。
二、物体对接触面的压力
,所
压力即为作用在支持面上且与作用面垂直的力。其大小不一定等于物体的重力,以后的学习过程中我们会知道压力可能大于重力,可能小于重力,还可能等于重力,也可能与重力无关。但是不论支持面是什么样的,也不论物体受力情况如何复杂,物体对支持面的正压力和支持面对物体的支持力,总是一对作用力和反作用力,所以许多情况下都是通过求物体所受支持力来求得正压力的。
注意:通过如图3所示的物体静止情况下的压力大小,就说明压力与重力无关。
三、滑动摩擦力的方向判断
滑动摩擦力与相对运动方向相反,所谓“相对运动”是指相对接触的物体,而不是相对于别的物体(比如水平地面)。
例1 如图4所示,质量为2㎏的物体,在
的水平面上向右运动,在运动过程中
还受到一个水平向左的大小为5N的拉力F的作用,分析物体受到的滑动摩擦力方向。
解析:错误的思路是物体所受外力方向既为此题物体的相对运动方向,相对运动方向向左,滑动摩擦力向右。
正确的思路是物体的相对运动方向与外力F无关,此题中相对运动方向为物体对地的速度方向。所以,滑动摩擦力向左,与力F同向。
例2 如图5,A、B两物体所接触的平面的动摩擦因数为μ,物体A处于水平放置的长木板B上,现让A、B都向右运动,且
解析:由于
,故A相对于B水平向左运动,因而A所受B的滑动摩擦力方向水
,分析物块A是否受到摩擦力?方向如何?
平向右。A受滑动摩擦力,方向水平向右。
注意:“相对运动”是指相对接触的物体的运动。
四、动摩擦因数μ
动摩擦因数,是由相互接触的两个物体的材料及粗糙程度决定的。与接触面积无关,通常情况下不做特殊说明时动摩擦因数μ<1。
例1 动摩擦因数的大小( )
A、跟滑动摩擦力的大小成正比
B、跟正压力的大小成正比
C、跟相对运动的速度大小有关
D、跟相互接触的两物体的材料和接触面粗糙情况有关
解析:动摩擦因数与压力无关、与接触面积大小无关、与滑动摩擦力的大小无关、与相对运动的速度大小无关,所以答案为(D)
例2 一木块沿倾角为θ的固定斜面匀速下滑;那么此时木块与斜面间的动摩擦因数?多大?(此题涉及第一章力的合成和分解知识,学习力的力的合成和分解后就能理解)
解析:设木块的质量为m,重力的两个分力F=
=μ
=μ
=mgcos和
=mgsin,据二力平衡知
,既mgsin=μmgcos,μ=tan。
例3 如图所示,在水平地面上叠放着A、B两个长方形物块,F是作用在物块B上沿水平方向的力,物块A和B以相同的速度一起作匀速直线运动。由此可知,A、B间动摩擦因数μ1和B与地面间的动摩擦因数μ2有可能是( )
A、μ1=0,μ2=0;
B、μ1=0,μ2≠0;
C、μ1≠0,μ2=0;
D、μ1≠0,μ2≠0。
解析:物块A和B以相同的速度一起作匀速直线运动,隔离物块A,据二力平衡可知A在水平方向若受滑动摩擦力与匀速直线运动的条件矛盾,所以A不受滑动摩擦力,A和B的接触面可以光滑也可以粗糙,既动摩擦因数有两种可能μ1=0或μ1≠0;根据上面的分析知