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学生对摩擦力的几个错误认识纠正

时间:2016-12-20 10:06:52

高中阶段学习摩擦力主要分析滑动摩擦力和静摩擦力.解题时首先要弄清是哪一种摩擦力,它有何特点.
  滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时所产生的摩擦力.这时相互接触的两个物体之间产生了相对运动,而摩擦力表现为阻碍相对运动,故滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反.滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度及两接触面之间的正压力大小有关.
  静摩擦力是相互接触的两个物体之间没有发生相对运动,但有相对运动的趋势时产生的.静摩擦力表现为阻碍相对运动趋势,所以静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反.
  在学习摩擦力的过程中,同学们容易形成以下几个错误认识.
  错误认识一 摩擦力的方向与物体的运动方向相反
  (1)静摩擦力与运动方向的关系
  例如:一个物体放在倾斜的传送带上,保持与皮带相对静止,如图1所示.
  ①若皮带匀速向上运动,物体受静摩擦力沿皮带向上,物体位移沿皮带向上,故静摩擦力方向与物体运动方向相同.
  ②若皮带匀速向下运动,物体受静摩擦力沿皮带向上,物体位移沿皮带向下,故静摩擦力方向与物体运动方向相反.
  ③物体A静止在匀速转动的圆盘上,如图2
  所示.
  对A进行受力分析:受竖直向下的重力和竖直向上支持力,A又随圆盘一起做匀速圆周运动,需要的向心力就只有圆盘对A的静摩擦力提供,方向指向圆心.摩擦力的方向与物体的运动方向成90°角.
  (2)滑动摩擦力与运动方向的关系
  例如:一个物块放在水平的木板上,用水平向右的力拉物块相对木板向右运动,如图3所示.
  ①若物块向右运动,木板也向右运动,则木板受到的滑动摩擦力向右,位移向右.故滑动摩擦力方向与木板运动方向相同.
  ②若物块向右运动,木板不动,物块受到的滑动摩擦力向左,位移向右.故滑动摩擦力方向与物块运动方向相反.
  综上所述,摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同,可能与物体的运动的方向相反,还可能与物体运动方向成一夹角.
  错误认识二 摩擦力只能是阻力,不能是动力
  一谈到摩擦力,很多同学就错误地认为摩擦力总是阻碍物体的运动,是阻力.其实摩擦力总是阻碍相互接触的物体间的相对运动,而不一定阻碍物体的运动.物体受的摩擦力既可作动力,也可作阻力.
  (1)静摩擦力可作动力,也可作阻力
  在图1中若皮带匀速向上运动,物体受静摩擦力沿皮带向上,物体位移沿皮带向上,物体受到的静摩擦力就起着动力的作用;若皮带匀速向下运动,物体受静摩擦力沿皮带向上,物体位移沿皮带向下,物体受到的静摩擦力就起着阻力的作用.
  (2)滑动摩擦力可作动力,也可作阻力
  在图3中若物块向右运动,木板也向右运动,则木板受到的滑动摩擦力向右,位移向右.故木板所受滑动摩擦力就起着动力的作用;物块受到的滑动摩擦力向左,位移向右.故物块所受滑动摩擦力就起着阻力的作用.
  错误认识三 静止的物体受到的摩擦力必定是静摩擦力,运动的物体受到的摩擦力必定是滑动摩擦力.
  例如:擦黑板,板擦和黑板发生相对滑动,它们之间是滑动摩擦力.黑板静止,但受到的是滑动摩擦力.
  如图4所示,B置于光滑的水平面上,A置于B的上面,且A、B接触面粗糙.A、B在水平力F作用下,一起向右做加速运动.由于A、B相对静止,它们之间是静摩擦力.A物体运动,但受到的是静摩擦力.
  错误认识四 动摩擦因数μ一定小于1
  μ为物体接触面间的动摩擦因数,主要是由两物体接触面的材料和物体间接触面的粗糙程度决定.从摩擦产生的机理看:动摩擦因数μ可以小于1,等于1或大于1.
  例如:质量为m的物体放在倾角为θ的固定斜面上,物体将沿斜面匀速下滑,求物体与斜面间的动摩擦因数.
  对物体进行受力分析,如图5所示,因为物体做匀速运动,所以有:
  mgsinθ=μmgcosθ
  得: μ=tanθ
  讨论:当θ<45°时,μ<1;当θ=45°时,μ=1;当θ>45°时μ>1.
  错误认识五 f=μFN中的FN就是重力
  FN表示物体受到的正压力,不一定等于物体的重力,甚至可以与重力无关.在图5中物体对斜面的压力大小等于重力的一个分力,即FN=mgcosθ,方向垂直于斜面向下.在擦黑板中,板擦对竖直黑板面的压力大小等于外力F,方向垂直于黑板面,与重力无关.
  错误认识六 摩擦力做功就一定要损失机械能,并且损失的机械能转化为内能
  摩擦力既可做动力,又可做阻力,因此摩擦力既
  可做正功,又可以做负功.一对静摩擦力做功,机械能不发生转化;一对滑动摩擦力做的功等于系统减少的机械能,等于转化的内能.
  如图6,质量为m的小木块A以水平初速度v0冲上质量为M、长为l、置于光滑水平面上的木板B上,并正好不从B上掉下,A、B间的动摩擦因数为μ.求此过程产生的内能.
  解析 A滑上B后,A、B之间的滑动摩擦力的方向如图6所示,其大小F=F′=μmg.设当A恰好滑到B的末端时,二者具有共同速度v.
  对A:F与物体的运动方向相反,做负功,
  W1=-Fsm;
  由动能定理:W1=12m(v2-v20) (1)
  对B: 与物体的运动方向相同,做正功,W2=F′sM;
  由动能定理: W2=12Mv2(2)
  摩擦力对系统所做功
  W=W1+W2=μmg(sM-sm)=-μmgl (3)
  将(1)、(2)代入(3)得滑动摩擦力对系统所做功:
  W=-μmgl=12(M+m)v2-12mv20

作者:不详 来源:网友发布
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