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[!--downpath--]初中数学热学中常见的力有:重力、弹力和磨擦力。尤其是磨擦力是小学数学热学中的重点和难点之一,正确认识磨擦力,对中学生学习数学知识,非常是与磨擦力有关的知识的应用起着至关重要的作用。因为磨擦力问题的复杂性,而在具体问题中又有变化,常常有“动中有静”、“静中有动”,非常是静磨擦力在好多情况下的有无、方向、大小都有一些不确定诱因,中学生们假如对磨擦力认识不到位,常常会错误地觉得“摩擦力总是制约物体的运动”、“摩擦力的大小都是用公式F=μN来估算”、“静止就会受静磨擦力”、“摩擦力只能做负功”等,所有那些都影响了中学生们对磨擦力的认识。下边就磨擦力在实际问题中的应用谈几点自己的认识。
一、摩擦力的概念
磨擦力的形成条件:
(1)两物体互相接触,互相之间有弹力;
(2)两物体的接触面粗糙;
(3)两物体之间沿接触面方向有相对运动或则有相对运动的趋势。
注意:(1)运动的相对性,相对运动不一定是运动,比如,物体沿斜面向上运动时,斜面受磨擦力是由于斜手相对于物体是向下运动的,所以受向上的磨擦力,斜面并没有运动;(2)有弹力是形成磨擦力的必要条件,即有弹力不一定有磨擦力,有磨擦力一定有弹力。
二、摩擦力的有无
按照磨擦力的形成条件来判定有没有磨擦力。
三、摩擦力的大小
1.滑动磨擦力大小的估算是用公式F=μN,其中μ为动磨擦质数,跟接触面的材料、粗糙程度等有关,而F为两物体间的正压力,与其重力有区别。
2.静磨擦力的大小不可以用公式F=μN来估算,它随着沿相对运动趋势方向的外力的减小而减小,不是一个定值,但静磨擦力不是无限制的减小,当物体达到快要运动的状态时,遭到的磨擦力是最大静磨擦力重力弹力摩擦力知识讲解,超过这个状态就是滑动磨擦力,不再减小。所以静磨擦力的大小在零和最大之间变化,通常依据物体的运动状态,由物体的平衡条件(处于平衡状态的物体)和牛顿运动定理(处于加速运动状态的物体)来估算它的大小。
例1用轻弹簧竖直悬挂质量为m的物体,静止时弹簧伸长量为L。现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物体,系统静止时弹簧伸长量也为L,斜面夹角为30°,如图1所示。则物体所受磨擦力()
A.等于零
B.大小为■mg,方向沿斜面向上
c.大小为■mg,方向沿斜面向下
D.大小为mg,方向沿斜面向下
解析:剖析斜面上物体的受力情况,物体受重力、支持力和弹簧的拉力,拉力为其重力的一半,因为斜面的夹角是30°,其重力的分力也为其重力的一半,所以物体受的磨擦力为零。选项A正确。
四、摩擦力既可以做正功,也可以做负功
例2如图2所示,传送带与地面成倾角θ=37°,以10m/s的速率顺秒针转动,在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5kg的物体,它与传送带间的动磨擦质数μ=0.9,已知传送带从A到B的宽度L=50m,则物体从A到B须要的时间为多少?
解析:传送带沿顺秒针转动,与物体接触处的速率方向斜向下,物体初速率为零,所以物体相对传送带向上滑动(相对地面是斜向下运动的),因而遭到沿斜面向下的滑动磨擦力作用,这样物体在沿斜面方向上所受的合力为重力的下降分力和向下的滑动磨擦力,因而物体要向下做匀加速运动。当物体加速到与传送带有相同速率时,磨擦力情况要发生变化,此时有μ≥tanθ,则物体将和传送带相对静止一起向下匀速运动,所受静磨擦力沿斜面向下,大小等于重力的下降分力。
物体放上传送带之后重力弹力摩擦力知识讲解,开始一段时间,其运动加速
a=■=1.2m/s2
这样的加速度只能维持到物体的速率达到10m/s为止,其对应的时间和位移分别为
t1=■=■s=8.33s
x1=■=41.67m<50m
之后物体遭到的磨擦力变为沿传送带向下,其加速度大小为零(由于mgsinθ<μmgcosθ)。
设物体完成剩余的位移x2所用的时间为t2,
则x2=v0t2
50-41.67=10t2
解得:t2=8.33s
所以:t总=8.33s+8.33s=16.66s。
(作者单位:山东冠县中级学校)