揭示规律。小试身手 【方法点拨】物体之间产生摩擦力必须要具备以下四个条件:第一:两物体相互接触。第二:两物体相互挤压,发生形变,有压力。第三:两物体发生相对运动或相对运动趋势。第四:两物体间接触面粗糙。四个条件缺一不可。有弹力的地方不一定有摩擦力但,有摩擦力的地方一定有弹力。 【变式训练】 1、放在水平粗糙地面上静止的桌子受到的力有( ) A.重力、摩擦力 B.重力、支持力 C.重力、支持力、摩擦力 D.重力、支持力、压力、摩擦力 1、B;【解析】首先应明确物体受摩擦力的条件,即物体表面受到压力且物体间有相对运动或相对运动的趋势.依题意桌子在水平粗糙地面上处于静止状态,因此物体在水平方向和竖直方向都处于平衡状态.物体在竖直方向受到重力和地面对物体的支持力作用,在水平方向上不受到力的作用.应选B. 2、某同学用水平向右100N的力,推一个重力为200N的木箱在水平地面上前进,若木箱受到的摩擦阻力是重力的0.2倍,则木箱所受合力是________N;当木箱所受水平推力的大小为________N时,其他条件不变,木箱可沿水平地面匀速前进. 2、60N,40N;【解析】这道题综合考查学生:(1)受力分析的能力;(2)力的合成的知识;(3)受平衡力时的运动状态;(4)滑动摩擦力的方向.当木箱受的摩擦阻力f=0.2 G时,求出f=0.2×200N=40N,方向和运动方向相反.画出此时物体受力示意图,如图1所示,重力G和支持力N是一对平衡力,合力为零.推力F和摩擦力f的合力 =F-f=100N-40N=60N,方向和运动方向一致.这时物体受不平衡的力,做变速直线运动.
图1 后面一种情况,由木箱沿水平地面匀速前进的状态入手,可知物体应受平衡力的作用,摩擦力大小不变,等于40N,则推力大小F=f=40N. 【方法点拨】研究实际问题时,为了简化往往采用“理想化”的做法,如某物体放在另一物体的光滑的表面上,这 “光滑”就意味着两个物体如果发生相对运动时,它们之间没有摩擦. 判断滑动摩擦力的一般方法是:1.选取研究对象(受滑动摩擦力作用的物体),并选与其接触的物体为参照物;2.确定研究对象相对参照物的速度方向;3.判定滑动摩擦力的方向(与相对速度的方向相反)。
【变式训练】 3、在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的活动中. (1)在水平桌面上,用弹簧测力计水平向左拉动木块,使其作匀速直线运动,弹簧测力计示数如图所示.根据____________知识可知,木块所受的滑动摩擦力为_______N.
(2)小华将木块沿竖直方向截去一半后,测得木块所受的滑动摩擦力变为原来一半.他由此得出:滑动摩擦力的大小随接触面积的减小而减小.你认为他的探究过程中存在的问题是____________________.
3、(1)二力平衡,2.8;(2)未控制木块对水平的压力不变。【分析】我们应该用控制变量法来研究滑动摩擦力的大小。
【方法点拨】事物是一分为二人,和其他许多物理现象一样,摩擦也毫不例外的具有两面性,即摩擦有利也有弊。对我们有利的摩擦需要增大,有害的摩擦得设法要减小。我们知道影响摩擦大小的因素是压力的大小和接触面的粗糙程度,因此增减摩擦我们就从这两个因素着手。 【变式训练】 4、读者都有乘车经历,试根据你乘车时的体验,判断下列情况下,放在汽车车厢底板上的货物是否受到摩擦力的作用?如有,其方向怎样? (1)汽车在平直公路上匀速行驶 (2)汽车由静止开始起动 【解析】(1)经验告诉我们,在平直公路上匀速行驶的汽车中的乘客感觉象站在地上一样平稳,既没有与车厢的相对运动,也没有相对运动的趋势,故可推知,此种情况下货物不受摩擦力作用. (2)在汽车起动时,乘客有后仰的感觉,说明这时货物相对车厢有向后运动的趋势,因此,货物将受到向前的静摩擦力的作用.如若汽车起动较急,则货物还可能相对车厢向后滑动,这时货物受到的将是滑动摩擦力,其方向与相对运动的方向相反,也为向前. 点拨:本例我们利用了人们乘车的经验判断出了货物是否受摩擦力以及摩擦力的方向,但对于较为复杂的情况,仅凭经验是不够的,有时也是不可靠的.因此,我们应学会用一些有效的方法来判断、验证.本例可用“假设法”,假设车厢底板光滑,则在汽车起动时,货物将怎样动?从而判断出相对运动趋势方向.也可用“动力阻力法”,在汽车起动时,是汽车带着货物动(速度增大),货物的动力即为车厢对它的摩擦力,方向向前.
5、用20牛的力握住装油的瓶子悬空静止不动,若此时将手的握力增加到30牛, 则手与油瓶之间的摩擦力的大小将_______.(选填增大、减小或不变) 【解析】此题考查的内容是静摩擦力的大小与什么因素有关。对于静摩擦力的分析是根据物体处于静止状态(平衡状态)进行受力分析,此时瓶子处于静止状态,受到平衡力作用,即竖直方向上重力与静摩擦力相等,而瓶子重力保持不变,所以静摩擦力大小不变,与压力变化无关. 【答案】不变 【注意】滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度和正压力有关,而静摩擦力的大小要根据平衡状态进行受力分析,找到它的平衡力,与压力大小无关.
【方法点拨】一部机器工作时,有些部件要转动,有些部件不转动,这时就会产生摩擦力,这种摩擦力不但使机器发热,白白消耗了劳动力,而且使机器磨损、性能下降,这些情况下摩擦是有害的,给我们的生活带来不便,应尽量减少这类摩擦。因为摩擦,使衣服磨破了,鞋底薄了,刀子钝了,机器的轴磨损了……,每年成千上万吨钢材、塑料等白白地消耗掉,在这些有害的场合,就要减小摩擦。 【变式训练】 6、有同学说:“摩擦都是有害的.”所以摩擦越小越好,这话对吗? 【解析】摩擦是一种常见的现象,它对人类有有害的一面,也有对人类有益的一面.分析我们身边发生的大量实例.知道人走路就要利用鞋底与地面间的摩擦,可见,这个摩擦是有益的.为了防止走路时打滑的现象,常见的改进方法是,把鞋底压出许多凹凸不平的花纹,使鞋底面粗糙些.由此使人推想到,假如世界上不存在摩擦,人类就寸步难行.所以“摩擦都是有害的”这一说法是错误的. 7、下列各种措施,为了减小摩擦的是( ),属于增大摩擦的是( ). (A)用台钳紧工件. (B)搬运笨重的机械,常在它的下面垫入圆木. (C)自行车的脚蹬子和把套上刻有凹凸不平的花纹. (D)经自行车车轴处加润滑油. 【分析】在本题的四个事例中,A是为了防止工件脱落,影响工作.C是为了防止手、脚与把套、脚蹬子打滑.这两个实例中的摩擦是有益的,所以采取了上述措施增大有益摩擦,而B是利用了滚动摩擦比滑动摩擦小得多的道理减小有害摩擦.D是通过加润滑油,使摩擦面不直接接触,让活动部件在油膜上滑动,从而减小有害摩擦. 【答案】B,D。
8、 以下几种关于摩擦力利弊的说法中,正确的是( ) A. 机车启动时,机车车轮与钢轨间的摩擦是有益摩擦 B. 皮带传动中,皮带与皮带轮之间的摩擦是有害摩擦 C. 骑自行车时,自行车车轮与轴之间的摩擦是有益摩擦 D. 人走路时,鞋与地面的摩擦是有益摩擦 【分析】当摩擦力做为动力是有益摩擦,做为阻力是有害摩擦。 【答案】D
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【知识点1】生活中的摩擦 1、 定义:当一个物体在另一个物体的表面上有相对运动或相对运动趋势时,受到的阻碍作用叫摩擦力,可分为滑动摩擦力和静摩擦力.
2、产生条件 (1)两个物体间有弹力(接触、形变). (2)接触面不光滑. (3)有相对运动或有相对运动趋势 3、方向 (1)滑动摩擦力:沿接触面,和物体相对运动的方向相反. (2)静摩擦力:沿接触面,和物体相对运动趋势的方向相反. 对摩擦力方向的理解 1.区分两种摩擦力:静止的物体也可能受滑动摩擦力作用,运动的物体也可能受静摩擦力作用;这里能“静”和“动”是针对接触面之间的相对运动而言的.“运动”和“相对运动”、“相对运动趋势”不同. 2.摩擦力的方向可能和运动方向相同—— 充当动力,可能和运动方向相反——充当阻力,也可能和运动方向成某一夹角. 3.静摩擦力的方向:(1)假设法.即假设接触面光滑.若两物体发生相对运动,则说明它们原来有相对运动趋势,并且原来相对运动趋势的方向跟假设接触面光滑时相对运动的方向相同,然后根据静摩擦力方向跟物体相对运动趋势方向相反,便可以确定静摩擦力的方向.(2)结合物体的运动状态判断,由运动情况确定受力情况.
【例1】人蹬自行车时,后轮驱动自行车前进,设前后轮均无滑动,则下列说法正确的是( ) A、前轮受到向前的静摩擦力,后轮受到向后的静摩擦力 B、前轮受到向前的滑动摩擦力,后轮受到向后的滑动摩擦力 C、前轮受到向后的静摩擦力,后轮受到向前的静摩擦力 D、前轮受到向后的滑动摩擦力,后轮受到向前的滑动摩擦力 【分析】因前后轮均无相对滑动,所以自行车与地面之间产生的是静摩擦力。假设前轮光滑(或刹死前轮),那么前轮相对地面将向前滑行,所以前轮受到向后的静摩擦力作用。假设后轮光滑(或架空),自行车将失去动力,不向前运动。所以后轮受到向前的殂摩擦力作用。故答案为C。 【答案】C
【知识点2】实验: 滑动摩擦力与那些因素有关 1、实验步骤 A 长木板放在水平桌面上,滑块放在长木板上,滑块一端用测力计拉住,测力计另一端固定在墙上。 B 用手拉长木板向左运动,当滑块静止不动时,读出测力计示数并记录下来。 C 改变放在滑块上的钩码个数,重复上面实验。 D 在长木板上面放上毛巾,重复上面三步实验。
2、实验数据记录表格和处理
滑块质量 |
只有滑块 |
加一个钩码 |
加二个钩码 |
加三个钩码 |
不放毛巾时的 f(N) |
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放上毛巾时的 f(N) |
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3、实验 结论:大量实验表明,滑动摩擦力的大小只跟压力大小、接触面的粗糙程度相关.压力越大,滑动摩擦力越大;接触面越粗糙,滑动摩擦力越大.
【例2】
如图甲所示,A是木块,B是长木板,C是弹簧测力计,另有砝码、棉布、毛巾等物。若匀速拉动弹簧测力计,可测出木块受到的摩擦力。 (1)此实验的目的是:研究___________________ 。 (2)在操作过程中,一定要保持弹簧测力计匀速拉动木块,此时,弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的摩擦力是一对___________力。 (3)在图乙中,D是一个电动装置,可带动木板匀速运动。该装置相对图甲所示装置更具优势,请指出其中一点。
【分析】只有测力计拉着物体在水平方向做匀速直线运动时,滑动摩擦力的大小才等于测力计的示数。
【答案】(1)影响摩擦力大小的因素;(2) 平衡 (3)方便读取弹簧测力计的读数或易于保持木板做匀速直线运动。
【知识点3】增大有益摩擦 人走路要利用鞋底与地面间的摩擦,这个摩擦就是有益的,为了增大摩擦,鞋底上有凹凸不平的花纹,使接触面粗糙些。还有天平的调节螺母刻有条纹、刀柄刻有花纹等。以上都是有益摩擦对人们的帮助,所以我们要合理利用并要想办法增大这些有益的摩擦。 1.增大接触面间的粗糙程度 下雪天路滑,刹车时不容易停住,因而发生交通事故,为了减少这类事故的发生,人们在轮胎上弄了凹凸不平的花纹,在下雪时还在马路上撒上灰渣,或在轮胎上安上防滑链,以增大摩擦,防止车子打滑。再如钢丝钳口有许多凹槽,目的是夹住物体不容易滑落。
2.增大接触面间的压力 自行车下坡,用力捏刹车,使刹车皮对钢圈的压力增大,从而增大刹车皮与钢圈间的摩擦力,使车轮难以滚动而减速;机器在运转的过程中需要张紧皮带等。
【例3】以下说法中,属于有益摩擦的是( ) A.皮带传动中,皮带与皮带轮之间的摩擦 B.人走路时,脚与地面间的摩擦 C.自行车刹车时,刹车橡皮与车圈之间的摩擦 D.机车起动时,车轮与钢轨间的摩擦 【分析】在搞清摩擦力是否有益之前,我们可以设想一下,假如没有摩擦会怎么样.选项A中,皮带传动靠皮带带动工作机械轮(如车床、抽水机等)一道转动,若无此摩擦,皮带会“空转",而工作机不能工作;选项B中,可设想穿着溜冰鞋在路上行走(此时摩擦力很小),这时不摔跤才怪呢.可见此摩擦力有用;选项C中,自行车要紧急刹车都是因为遇到了意外,假如刹不住车(因为没有摩擦力)就会发生危险或不便;选项D中,机车要想起动必须使轮子转起来,车轮和钢轨间的切点要不断更换,这只能靠摩擦力,否则机车将走不了.综上所述,选项A,B,C,D各项中的摩擦力都是有益的. 【答案】A,B,C,D
【知识点4】减小有害摩擦 一部机器工作时,有些部件要转动,有些部件不转动,这时就会产生摩擦力,这种摩擦力不但使机器发热,白白消耗了劳动力,而且使机器磨损、性能下降,这些情况下摩擦是有害的,给我们的生活带来不便,应尽量减少这类摩擦。因为摩擦,使衣服磨破了,鞋底薄了,刀子钝了,机器的轴磨损了……,每年成千上万吨钢材、塑料等白白地消耗掉,在这些有害的场合,就要减小摩擦。 1.减少压力:推木箱推不动,可卸下一些物体,减小压力,就能推动了。 2.接触面变得光滑些:火箭头部造得很光滑是减小火箭与空气的摩擦。 不过这两种方法,由于条件,技术水平的限制,有时是行不通的。如在旱冰场上溜冰,要求旱冰鞋与地面的摩擦越小越好,但就不能采用减小压力的方法;机器转轴间摩擦太大,就不能采用将轴与轴间接触面刨光的方法减小摩擦。所以生产实际中,通常用滚动代替滑动、加润滑剂两种方法。 3.用滚动代替滑动 万吨巨轮在船厂建成下水时,在船下铺上柱状圆木,用滚动代替滑动来减小摩擦,能使这海上巨无霸顺利的下水。
4.使两个互相接触的物体的摩擦面彼此分开 (1)在机器上转动的部分添加润滑油 因为它能在摩擦面形成一层油膜,使摩擦面不接触,运动部件只在油膜上滑过,大大减少摩擦力。
(2)在两个摩擦面间形成一层气垫 ①气垫船是利用高压空气在船底和水面(或地面)间形成气垫,使船体垫起离开水面。气垫船又叫“腾空船”,是一种利用空气的支撑力升离水面的船。这种船一出现立即受到全世界造船界的关注。
②水翼船虽然与气垫的原理有所不同,但当高速行驶时,利用水翼来提高船身位置,减小船体与水的接触面,同样可以达到减小水的摩擦力的目的。
③磁悬浮列车在运行过程中,车体与轨道处于一种“若即若离”的状态,磁悬浮间隙约1厘米,因而有“零高度飞行器”的美誉。它与普通轮轨列车相比,具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点,被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。磁悬浮列车启动后39秒即达到最大速度,目前的最高时速是552公里。据德国科学家预测,到2014年,磁悬浮列车采用新技术后,时速将达1000公里。 【例4】下列各摩擦中属于有害摩擦的是 ( ) A.自行车刹车皮与钢圈之间的摩擦. B.单杠运动员上杠时,手与单杠的摩擦. C.汽车行驶时与空气之间的摩擦. D.人走路时,鞋子与地面之间的摩擦. 【分析】自行车刹车皮是为了刹车使用的;单杠运动员在上杠时手与单杠间的摩擦可防止脱杠;汽车运动时与空气的摩擦会阻碍车的运动;人走路时与地面间的摩擦可防止打滑. 【答案】C.
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