专题02：摩擦力专题

高中物理23个专题

摩擦力专题

一、 明确摩擦力产生的条件

（1） 物体间直接接触

（2） 接触面粗糙

（3） 接触面间有弹力存在

（4） 物体间有相对运动或相对运动趋势

这四个条件紧密相连，缺一不可．显然，两物体不接触，或虽接触但接触面是光滑的，则肯定不存在摩擦力．但满足(1)、(2)而缺少(3)、 (4)中的任意一条，也不会有摩擦力．如一块砖紧靠在竖直墙，放手后让其沿墙壁下滑，它满足条件

(1)、(2)、(4)，却不具备条件(3)，即相互间无压力，故砖不可能受到摩擦力作用．又如，静止在粗糙水平面上的物体它满足了条件(1)、 (2)、(3)，缺少条件

(4)，当然也不存在摩擦力．

由于不明确摩擦力产生的条件，导致答题错误的

事是经常发生的． 例1 (1994年全国考题)如图1所示，C是水平地面，A、B是两个长方形物块，F是作 用在物块上沿水

图1 平方向的力，物体A和B以相同的速度作匀速直綫运

动，由此可知，A、B间的动摩擦因数 1和B、C间

2有可能是

(A) 1 0， 2 0 (B) 1 0， 2 0

(C) 1 0， 2 0 (D) 1 0， 2 0 的动摩擦因数

解析：本题中选A、B整体为研究对象，由于受推力的作用做匀速直线运动，可知地面对的摩擦力一定水平向左，故 2 0，对A受力分析可知，水平方向不受力， 1可能为0，可能不为0。正确答案为(B)、(D)．

二、了解摩擦力的特点

摩擦力具有两个显著特点：(1)接触性； (2)被动性．所谓接触性，即指物体受摩擦力作用物体间必直接接触(反之不一定成立)。这种特点已经包括在摩擦力产生的条件里，这里不赘述。对于摩擦力的被动性，现仔细阐述。所谓被动性是指摩擦力随外界约束因素变化而变化．熟知的是静摩擦力随外力的变化而变化。

例2 (1992年全国考题)如图2所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力，即F1、

止状态，其中F2和摩擦力作用，木块图2处于静＝2N，若撤去力F1，则木块F1＝10N、F2

在水平方向受到的合力为

(A)10N，方向向左 (B)6N，方向向右

(C)2N，方向向左 (D)零

解析；F1没有撤去时，物体所受合外力为零，此时静

摩擦力大小为8N，方向向左．撤去F1以后，物体在图2

F2作用下不可能沿水平方向发生运动状态的改变，物体仍保拧静止．此时地面对物体的静摩擦力大小为2N，方向向右．从上述分析可见静摩擦力是被动力．答案应为(D)．对于滑动摩擦力同样具有被动性．

三、 把握摩擦力大小和方向的计算和判断

中学物理只谈静摩擦和滑动摩擦两种(滚动摩擦不讲)．其中f静没有具体的计算公式，是随外力变化的范围值o≤f静≤fmax，一般根据(1)平衡条件求；(2)根

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据物体运动状态，由牛顿运动定律求．而f静不但可根据上述的 (1)、(2)方法求，还可以用公式f滑 N计算

例3 如图3所示，质量为m、带电量为+q的小物体，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，粗糙挡板ab的宽度略大于小物体厚度．现给带电体一个水平冲量I，试分析带电体所受摩擦力的情况． a

解析：带电体获得水平初速v0 I/m它在．它在

磁场中受洛仑兹力f洛 qv0B qBI/m和重力G mg，若 b f洛 G，则带电体作匀速直线运动，不受摩擦力作用． 图3 若f洛 G，则带电体贴着a板前进，滑动摩擦力

速度越来越小，f滑变小，当v减小到v0，又有qv0B mg,f滑 N (qvB mg)，

它又不受摩擦力作用而匀速前进．

若f洛 G，则带电体贴着b板前逆。滑动摩擦力；f滑 N (mg qvB),它减速运动动直至静止，而f滑却是变大的．

这充分说明f滑也是具有被动性，所以摩擦力是被动力．了解摩擦力的上述特点在解题时就能因题致宜，灵活地思考，少走弯路，避免出错.

对于滑动摩擦力的大小，还必须了解其与物体运动状态无关，与接触面积大小无关的特点．

例4 如图4所示，一质量为m的货物放在倾角为α的传送带上

随传送带一起向上或向下做加速运动．设加速度大小为α，试求两种

情况下货物所受的摩擦力．

解析：物体m向上加速运动时，由于沿斜面向下有重力的分力，所以要使物体随传送带向上加速运动，传送带对物体的摩擦力必定沿传图4 送带向上．物体沿斜面向下加速运动时，摩擦力的方向要视加速度的

大小而定，当加速度为某一合适值时，重力沿斜面方向的分力恰好提供了所需的合外力，则摩擦力为零；当加速度大于此值时，摩擦力应沿斜面向下；当加速度小于此值时，摩擦力应沿斜面向上．

向上加速运动时，由牛顿第二定律，得：所以F-mgsina=ma，方向沿斜面向上 向下加速运动时，由牛顿第二定律，得： mgsina—F＝ma(设F沿斜面向上) 所以F=mgsina-ma

当a<gsina时，F>0．与所设方向相同——沿斜面向上．

当a＝gsina时，F=0．即货物与传送带间无摩擦力作用．

当a>gsina时，F<0．与所设方向相反——沿斜面向下．

小结：当物体加速运动而摩擦力方向不明确时，可先假设摩擦力向某一方向，然后应用牛顿第二定律导出表达式，再结合具体情况进行讨论

例5 如图5所示，质量M=10Kg的木楔ABC静止于水平地面上，动摩擦因数μ＝0．02，在木楔的倾角θ为300的斜面上有一质量m＝1.0 kg的物块由静止开始沿斜面下滑．当滑行路程S＝1．4m时，其速度s＝1．4m／s，在此过程中木楔没有动．求地面对木楔的摩擦力的大小和方向(g取10 m／s’)

解析：地面对木楔的摩擦力为静摩擦力，但不一定为最大静摩擦力，所以不能由Fμ＝μFΝ，来计算求得，只能根据物体匀运动情况和受力情况来确定．

2 物块沿斜面匀加速下滑，由vt2 v0 2as可求得物块下滑的加速

度

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vt2a 0.7m/s2 gsin 5m/s2 2s

可知物块受到摩塔力的作用．

此条件下，物块与木楔受力情况分别如图6.7所示．

FN1 μ1

图7 图6

物块沿斜面以加速度Q下滑，对它沿斜面方向和垂 直于斜面方向由牛顿第二定律有mgsinθ一Fμ1＝ma mgcosθ—FN1＝0 ．

木楔静止，对它沿水平方向和竖直方向由牛顿第二定律，

并注意Fμ1ˊ与Fμ1，F N1与FN1，等值反向，有Fμ2+ Fμ1cosθ—FN1sinθ＝0 FN2 Mg FN1COS F 1Sin 0

由上面各式解得地面对木楔的摩擦力

F 2 FN1sin F 1COS mgcos sin (mgsin ma)sin

macos 1.0 0.7 N 0.61N2

此力方向与所设方向相同，由C指向B。

另外由以上几式联立还可以求出地面对木楔的支持力

FN2 Mg mgcos2 (mgsin ma)sin Mg mg masin

1 11 10N 1.0 0.7 N 109.65N (M m)g2

显然，这是由于物块和木楔系统有向下的加速度而产生了失重现象。

对此题也可以系统为研究对象。在水平方向，木楔静止，加速度为零，物块加速度水平分量为ax acos 。对系统在水平方向由牛顿第二定律，有F 2 macos 0.61N

答案：0．61 N 方向由C一B

小结：(1)静摩擦力的大小是个变量，它的大小常需要根据物体的运动状态及摩擦力与物体所受其他力的关系来确定．

(2)由此题可看出，研究对象的选取对解题步骤的简繁程度有很大的影响。

练习

1、如图8所示，位于斜面上的物块m在沿斜面向上的力F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力 ①方向可能沿斜面向上 ②方向可能沿斜面向下 ③大小可能为零 ④大小可能等于F以上判断正确

的是………………………………( D )

A．只有①② B．只有③④ C．只有①②③ D．①②

③④都正确

图8

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2、(2004年连云港第二次调研题)某人在乎直公路上骑自行车，见到前方较远处红色交通信号灯亮起，他便停止蹬车，此后的一段时间内，自行车前轮和后轮受到地面的摩擦力分别为f前和f后，则… ( C )

A．f前向后，f后后向前 B．f前向前，f后向后

C．f前向后，f后向后 D．f前向前，f后向前

3、如图9所示，重6N的木块静止在倾角为30的斜面上，若用平

行于斜面沿水平方向，大小等于4N的力F推木块，木块仍保持静止，

则木块所受的摩擦力大小为……………………………( C )

A．4 N B．3 N C．5 N D．6 N 图9

4、(2004年乐山调研题)如图10所示， 质量为m的木块P在质

量为M的长木板A上滑行，长木板放在水平地面上，一直处于静止状态．若长木板A与地面间的动摩擦因数为0 1,木块P与长板A间的动摩擦因数为

2，则长木板ab受到地面的摩擦力大小为 ( C )

A 1Mg B． 1(m M)g C 2mg D 1Mg 2mg 图10

5、(2004年黄冈调研题)如图11所示，在粗糙水平面上有一个三角形木 块，在它m1和m2的小木块，m1 m2已知三角形木块和两个小木块均静止，则粗糙水平面对三角形木块(

A．没有摩擦力作用

B．有摩擦力作用，摩擦力方向水平向右

C．有摩擦力作用，摩擦力方向水平向左

图11

D．有摩擦力作用，但其方向无法确定，因为m1、m2、 1和 2的数值并未给出

6、(2004年宁波期末试题)某空间存在

着如图l2所示的水平方向的匀强磁场，

A

、B两个物块叠放在一起，并置于光滑的绝缘水平地面上，物块A带正电，物块B为不带电的绝缘块；水平恒力F作用在物块B上，使A、B一起由静止开始水平向左运动．在A、B一起水平向左运动的过程中，关于A、B受力情况的

以下说法，正确的是……( B )

A．A对B的压力变小 B．B对A的摩擦力保持不变

图12 C。A对B的摩擦力变大 D．B对地面的压力保持不变

7、如图13所示，一直角斜槽(两槽面夹角为90°)，对水平面夹角为30°，一个横截面为正方形的物块恰能沿此槽匀速下滑，假定两槽面的材料和表面情况

相同，问物块和槽面间的动摩擦因数为多少?

解析：因为物块对直角斜槽每一面的正压力为mgcosα.cos45°，

所以当物体匀速下滑时，有平衡方程：mgsinα=2μmgcosαcos45°＝

如图13

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2μmgcosα，所以μ=1tan 1(3) 6．

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8、质量m=1.5Kg的物块(可视为质点)在水平恒力F的作用下,从水平面上A点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物体继续滑行t=2.0s停在B点.已知AB两点间的距离S=5.0m,物块与水平面间的动摩擦因数 0.20,求恒力F为多

大?(g=10m/s)

解析：设撤去力F前物块的位移为S1，撤去力F时物块的速度为v ，物块受到的滑动摩擦力F1 mg

对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得 F1t 0 mv 由运动学公式得S S1 2vt 2

对物块运动的全过程应用动能定理FS1 F1S 0 由以上各式得F 2 mgs 22s gt

代入数据解得F 15N

v 9.如图14所示,静止在水平面上的纸带上放一质量

m为的小金属块(可视为质点), 金属块离纸带右端距离为L, 金属块与纸带间动摩擦因数为μ.现用力向左将

纸带从金属块下水平抽出,设纸带加速过程极短,可认图14 为纸带在抽动过程中一直做匀速运动.求:

（1） 属块刚开始运动时受到的摩擦力的大小和方向;

(2)要将纸带从金属块下水平抽出,纸带的速度v应满足的条件.

解析：（1）金属块与纸带达到共同速度前，金属块受到的摩擦力为：f mg ，方向向左。

（2） 出纸带的最小速度为v0即纸带从金属块下抽出时金属块速度恰好等于v0。 对金属块：f ma

金属块位移：s1 v0 at 12at纸带位移：s2 v0t 2

两者相对位移：S2 S1 l解得：v0

故要抽出纸带，纸带速度v

2gl 2 gl

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10.如图15所示,物块和斜面体的质量分别为m.M,物块在平行于斜面的推力F作用下沿斜面加速度a向上滑动时,斜面体仍保持静止.斜面倾角为θ,试求地面对斜面体的支持力和摩擦力.

解析:由于小物块沿斜面加速上升，所以物块与斜面不能看成一个整体，应分别对物块与斜面进行研究。

（1） 取物块为研究对象，受力分析如图16所示： 由题意得： FN1 mgcos ①

F mgsin Ff1 ma②

由②得：Ff1 F mgsin ma③

（2） 取斜面为研究对象，受力分析如图17得：

FN2 Ff 1sin Mg FN 1cos ④

Ff2 Ff 1cos FN 1sin ⑤

又因为Ff1与Ff 1是作用力与反作用力，Fn1与Fn 1是作用力与反作用力

由牛顿第三定律得：Ff 1 Ff1 F mgsin ma⑥ FN 1 FN1 mgcos ⑦

由④⑤⑥⑦解得：FN2 (M m)g (F ma)sin Ff2 (F mg)cos

图15

图16 图17

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/99f1.html