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备考2024届高考物理一轮复习讲义第二章相互作用第2讲摩擦力牛顿第三定律考点2摩擦力的突变模型
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研透高考 明确方向
命题点1 “静—静”突变
8.一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图所示,其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( C )
A.10N,方向向左B.6N,方向向右
C.2N,方向向右D.0
解析 当木块受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知木块所受的摩擦力的大小为8N,方向向左,可知最大静摩擦力Ffmax≥8N,当撤去力F1后,F2=2N<Ffmax,木块仍处于静止状态,由平衡条件可知木块所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在木块上的F2等大反向,C项正确.
命题点2 “静—动”突变
9.某同学用力传感器来探究摩擦力,他将力传感器接入数据采集器,再连接到计算机上.将一质量m=3.75kg的木块置于水平桌面上,用细绳将木块和传感器连接起来进行数据采集,然后沿水平方向缓慢地拉动传感器至木块运动一段时间后停止拉动.获得的数据在计算机上显示出如图所示的图像.下列有关这个实验的说法正确的是(g取10m/s2)( B )
A.0~6s内木块一直受到静摩擦力的作用
B.最大静摩擦力比滑动摩擦力大
C.木块与桌面间的动摩擦因数约为0.8
D.木块与桌面间的动摩擦因数约为0.11
解析 在0~2s内,木块不受外力,此时没有摩擦力,A错误.由题图可知,用力沿水平方向拉木块,拉力从零开始逐渐增大.刚开始木块处于静止状态,木块受拉力和水平桌面给的静摩擦力,二力平衡,当拉力达到4N时,木块开始发生相对滑动,木块与水平桌面间产生了滑动摩擦力.由题图可知木块与水平桌面间的最大静摩擦力Ffm=4N,而滑动摩擦力Ff=3N,B正确.根据滑动摩擦力公式得μ=FfFN=3N3.75×10N=0.08,C、D错误.
命题点3 “动—静”突变
10.如图所示,把一重力为G的物体,用一水平方向的推力F=kt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上,从t=0开始物体所受的摩擦力f随时间t的变化关系图是选项中的( B )
A B C D
解析 当墙壁对物体的摩擦力f小于重力G时,物体加速下滑;当f增大到等于G时(即加速度为零时),物体速度达到最大,物体继续下滑;当f>G时,物体减速下滑.上述过程中摩擦力f=μF=μkt,即f-t图像是一条过原点的斜向上的线段.当物体速度减到零后,物体静止,物体受到的滑动摩擦力突变为静摩擦力,由平衡条件知f=G,此时图像为一条水平线,B正确.
命题点4 “动—动”突变
11.如图所示,斜面固定在地面上,倾角为37°(sin37°=0.6,cs37°=0.8).质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.7),则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取初速度v0的方向为正方向,g取10m/s2)( C )
解析 滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用,由Ff=μFN和FN=mgcsθ,联立解得Ff=5.6N,方向沿斜面向下.当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsinθ>μmgcsθ,滑块下滑,滑块所受的摩擦力方向为沿斜面向上,故C项正确.
命题拓展
命题条件变化,突变类型变化
若该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8,则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是( B )
解析 滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用,由Ff=μFN和FN=mgcsθ,联立解得Ff=6.4N,方向沿斜面向下.当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsinθ<μmgcsθ,滑块不动,滑块受到的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得F'f=mgsinθ,代入数据可得F'f=6N,方向沿斜面向上,B项正确.
分类
静—静“突变”
静—动“突变”
动—静“突变”
动—动“突变”
案例
说明
物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当作用在物体上的其他力发生突变时,物体仍能保持静止状态,物体受到的静摩擦力的大小或方向发生了“突变”
物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,若物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”为滑动摩擦力
在摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体突然停止滑动时,物体将不受摩擦力作用或滑动摩擦力“突变”为静摩擦力
某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向改变了,则滑动摩擦力方向将发生“突变”
案例
图示
在水平力F作用下物体静止于斜面上,F突然增大时物体仍静止,则物体所受静摩擦力的大小或方向发生了“突变”
放在粗糙水平面上的物体,作用在其上的水平力F从零逐渐增大,某一时刻物体开始滑动,物体受地面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力
滑块以初速度v0冲上斜面后做减速运动,当到达某位置时静止,滑动摩擦力“突变”为静摩擦力
水平传送带的速度v1大于滑块的初速度v2,滑块所受滑动摩擦力的方向向右,当传送带突然被卡住不动时,滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左
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