高中物理摩擦力专题

高中物理摩擦力专题

本文介绍了摩擦力的定义、产生条件和分类，包括静摩擦力和滑动摩擦力。静摩擦力是指两个相互接触物体之间存在相对运动的趋势，但没有出现相对运动的力。而滑动摩擦力是指两个相互接触物体之间存在相对运动的趋势，并且产生相对运动的力。在静摩擦力的经典案例分析中，正确的说法是有相对运动趋势的相互接触的物体间有可能产生静摩擦力。而人走路时摩擦力的方向、自行车在行进过程中前轮和后轮摩擦力的受力方向以及位于斜面上的物块在沿斜面向上的力作用下的静摩擦力方向都是重要的例子。在滑动摩擦力的经典例题中，正确的说法是只有相互接触且发生相对运动的物体间才可能产生滑动摩擦力，而受弹力作用的物体不一定会受到滑动摩擦力。此外，动摩擦因数与物体重量、支持面倾斜程度和正压力大小无关，而是由物体材料和接触面的粗糙程度决定的。总之，了解摩擦力的定义、产生条件和分类，以及经典案例和例题，对于学习力学和物理学都是非常重要的。小物体放在传送带上时，初速度为零，但相对于传送带的初速度不为零，为-2m/s。因此小物体受到向前的滑动摩擦力，向前加速，加速度为μg。当小物体速度与传送带速度相等时，两者相对静止，不存在摩擦力，小物体开始做匀速直线运动。因此小物体的运动可以分为两个阶段，先由零开始加速，后做匀速直线运动。如果小物体对地的初速度不为零，其方向与传送带速度方向相同，则小物体受力情况与初速度为零时相同，即相对于地做初速度为V20的匀加速直线运动，直至与传送带达到共同速度匀速运动。如果初速度方向与传送带速度方向相反，则小物体先沿着初速度方向做匀减速直线运动直至速度为零，然后反方向做匀加速直线运动。如果初速度小于传送带速度，则小物体再次回到出发点时速度变为-V20，受力大小和方向没有改变。如果初速度大于传送带速度，则小物体在未回到出发点之前与传送带达到共同速度V匀速运动。计算物体在传送带上相对于传送带运动的距离，需先计算物体在一段时间内的位移X2，再计算传送带在同一段时间内的位移X1。注意，若传送带长度不足，则物体可能以不同的速度从右侧离开传送带，应对题目条件引起重视。两个位移的矢量之差X2-X1就是物体相对于传送带的位移。在传送带系统中，物体与传送带相对滑动时，滑动摩擦力对物体做的功由动能定理决定，其中X2是物体对地的位移。滑动摩擦力对物体可能做正功，也可能做负功，物体的动能可能增加也可能减少。同样地，滑动摩擦力对传送带可能做正功也可能做负功。当摩擦力对于传送带做负功时，我们通常说成是传送带克服摩擦力做功，这个功的数值等于外界向传送带系统输入的能量。摩擦力对系统做的总功等于摩擦力对物体和传送带做的功的代数和，即滑动摩擦力对系统总是做负功，这个功的数值等于摩擦力与相对位移的积。摩擦力对系统做的总功的物理意义是物体与传送带相对运动过程中系统产生的热量。考虑一个具体的情况，如图所示，水平长传送带始终以速度v=3m/s匀速运动。现将一质量为m=1kg的物块放于左端（无初速度）。最终物体与传送带一起以3m/s的速度运动，在物块由速度为零增加至v=3m/s的过程中，求由于摩擦而产生的热量以及由于放了物块，带动传送带的电动机消耗的电能。对于第一个问题，小物块刚放到传送带上时其速度为零，将相对于传送带向左滑动，受到一个向右的滑动摩擦力，使物块加速，最终与传送带达到相同速度v。物块所受的滑动摩擦力为Ff=μmg，物块加速度为a=Ff/m=μg，加速至v的时间t=(v-0)/a=v/(μg)，物块对地面位移S1=1/2at^2=1/2μg(v/μg)^2=1/2v^2/μg，这段时间传送带向右的位移S2=vt=v^2/μg，因此物块相对传送带向后滑动的位移S=S2-S1=1/2v^2/μg，根据能量守恒定律可得由于摩擦而产生的热量Q=FfS=μmg(1/2v^2/μg)=1/2μv^2g=4.5J。对于第二个问题