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摩擦力

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摩擦力

在这一节我们来一起探究摩擦力。在8.1《牛顿第一定律》这一节中,我们采用实验来研究阻力对运动的影响,这里的阻力,其实就是小车与木板间的摩擦力。

摩擦力到底是什么力?其大小由什么决定?有哪些类别?有哪些应用?我们来逐一介绍。

王尚老师录制了11段教学视频,供同学们免费学习

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摩擦力概念引入

在8.1《牛顿第一定律》这一节中,我们采用实验来研究阻力对运动的影响,这里的阻力,其实就是小车与木板间的摩擦力。

同样,我们搓手的过程,也能切身体会到两个手间的摩擦力效果。

鞋底都有凹凸不平的花纹,这也是利用摩擦力来防止我们滑到。这一节,我们来一起分析摩擦力。

摩擦力分为两类:滑动摩擦力与静摩擦力。我们初中物理教材中只讲到了滑动摩擦力。

与教材不同的是,我们在文章后半部分还补充了静摩擦力的相关概念。我们认为,这对同学们进一步掌握摩擦力、提高考试得分能力是非常有必要的。

滑动摩擦力

两个相互接触的物体发生相对滑动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,这种力叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力一般用字母f来表示。

相互接触的物体的两个表面,即便看起来很光滑,但是放到显微镜下观察,会发现凹凸不平。当相互接触的物体发生相对运动时,就会彼此阻碍,产生滑动摩擦力。

利用弹簧测力计,可以粗略对摩擦力进行测量。

实验:测量滑动摩擦力

弹簧测力计测量摩擦力

用弹簧测力计拉动木块A,使其沿着长木板向右做匀速直线运动。

根据上一节8.2《二力平衡》知识可知,做匀速直线运动,木块A受力平衡。

对木块A进行受力分析,在水平方向物体向右运动,因此受到阻碍其向右运动的滑动摩擦力(方向向左)。

因为木块A做运算直线运动,弹簧测力计对木块的拉力,与上述的滑动摩擦力,满足二力平衡(大小相等、方向相反)。

滑动摩擦力的大小与哪些因素有关呢?我们来通过实验来具体研究这一问题。

实验:研究影响滑动摩擦力大小的因素

滑动摩擦力

用弹簧测力计拉木块,使其沿着长木板做匀速直线运动。通过改变不同的参量来分析影响滑动摩擦力大小的因素。

如图所示,对比图甲与图乙,不同的压力作用,我们会发现压力越大,弹簧测力计示数越大。

由于弹簧测力计的拉力大小等于摩擦力的大小,我们可以得到这样的结论:

接触面压力越大,物体间的滑动摩擦力就越大。

如图乙和图丙所示,长木板的粗糙度不同(毛巾表面更加粗糙),我们会发现粗糙程度越大,弹簧测力计示数越大。

由于弹簧测力计的拉力大小等于摩擦力的大小,我们可以得到这样的结论:

接触面粗糙程度越大,物体间的滑动摩擦力就越大。

总之,摩擦力的大小,与接触面压力和接触面粗糙程度相关。

滑动摩擦力大小与重力

在上面的实验中,我们在物体上放置了砝码后,滑动摩擦力变大。有学生可能有这样的质疑:

为什么不说重力的增加,引起了滑动摩擦力的增加呢?我们可以借助下方的图像来理解。

如果我们并没有在物体上放置砝码,而是增加了如下图所示的一个外力,显而易见的是,滑动摩擦力会增加。

有条件的话,同学们可以配合,在实验室做一个这样的实验:

一个同学用手轻压物体,另外一个同学用弹簧测力计拉着物体匀速直线运动,同时来来测量力的大小。

滑动摩擦力大小与重力关系

静摩擦力的概念

物体在接触面上滑动,会产生滑动摩擦力。如果物体静止呢?会不会也有摩擦力的作用呢?

答案是肯定的。如下图所示,用力F推物体而不动,这就是典型的静摩擦力。

静摩擦力

高中教材中有更为严谨的摩擦力的定义:

阻碍物体间相对运动(或相对运动趋势)的力,叫做摩擦力。

从中,我们可以得到静摩擦力的定义:

一个物体在另一个物体表面上具有相对运动趋势时,所受到的阻碍物体相对运动趋势的力,叫静摩擦力。

斜面上的静摩擦力

如上图所示,红色物体位于斜面顶部,没有下滑,说明斜面上存在摩擦力,阻碍了物体沿着斜面向下滑动的趋势。这样的摩擦力就是静摩擦力。

静摩擦力的计算方法

王尚老师在这里直接告诉同学们静摩擦力的求解方法:画受力图,研究除了静摩擦力外其他的力。

静摩擦力的大小取决于其他力的大小。

如下图所示,如果F=10N,物体静止,那么根据二力平衡,静摩擦力的大小就是f=10N,其方向向左。

如果F=15N,物体依然静止,那么根据二力平衡,静摩擦力的大小就是f=15N,其方向向左。

静摩擦力

如果物体受到两个水平向右的力的作用,其中F1=10N,F2=20N,物体依然静止。

那么,这是水平方向上三力平衡的状态,地面对物体的静摩擦力的大小,就是f=30N,其方向向左。

如果物体受到两个水平向右的力的作用,其中F1=10N,F2=20N,此外还受到两个水平向左的力的作用,其中F3=5N,F4=15N,物体依然静止。

问此时静摩擦力的大小是多少?同学们可以结合上个视频中讲到的合理的概念来求解。答案是:f=10N,方向向左。

如果F特别大,物体就向右运动了,那么此时摩擦力就不在是静摩擦力,而是滑动摩擦力了。

竖直方向上的静摩擦力大小计算,也是遵循:画受力图,研究除了静摩擦力外其他的力。

如下图所示,用一个水平向左的力F把物体压在墙上,物体处于静止。

物体受到的重力如果是G=40N,显然有向下的运动趋势。那么墙面对物体肯定有竖直向上的静摩擦力的作用,来阻碍这种趋势。

根据二力平衡,摩擦力的大小f=40N,其方向竖直向上。

竖直方向上静摩擦力

摩擦力的利用与防止

人能够跑起来,就是利用鞋底与地面的摩擦力。同样,汽车能够向前走,也是利用轮胎与公路的摩擦力。

我们之所以选择橡胶作为鞋底和轮胎,就是要增加摩擦力,利用摩擦力。

摩擦力并不都是有益的,也有有害的一方面。

齿轮摩擦力消除

比如,齿轮间的摩擦,自行车链轮之间的摩擦,都是有害的摩擦力。

我们选择加润滑剂等手段,改变接触面的粗糙程度,来削弱这些摩擦力。

在机械制造设计领域,滚动的轴承,就是减小有害摩擦力的一种装置。

推荐文章:如何进行受力分析?

《摩擦力》基础知识巩固题

1.定义:两个互相接触的物体,当它们要发生或已发生相对运动时,就会在       上产生一种       ,就叫摩擦力。

2.摩擦力分为              ,其中动摩擦又分为              。摩擦力的方向与物体的       相反,有时起阻力作用,有时起动力作用。

3.滑动摩擦力:(1)测量原理:       。(2)测量方法:把木块放在水平长木板上,用       水平拉木块,使木块匀速运动,读出这时的拉力,这时的拉力等于滑动摩擦力的大小。

4.应用:(1)理论上增大摩擦力的方法有:                     ;(2)理论上减小摩擦力的方法有:                            

5.在压力和接触面积相同的情况下,       摩擦比       摩擦小得多,用       来代替       可以大大减小摩擦。在移动笨重物体时,人们常在重物下垫上滚木,就是这个原因。

6.一个质量是10kg的物体,沿水平面做匀速直线运动,物体受到的摩擦力是20N,物体受到的拉力是       N,水平面对它的支持力是       N,如果将该物体用绳子匀速提起来,绳子对物体的拉力是       N。

7.在平直的公路上,运动员骑自行车加速前行,有关车轮所受摩擦力方向说法是:前轮所受摩擦力方向向       ,后轮所受摩擦力方向向       

8.挂在墙壁的石英钟,它的秒针在走动的过程中受到转轴处的摩擦力阻力和重力的作用,当石英钟内电池的电能耗尽而停止走动时,其秒针往往停在表盘的       点钟位置。

9.甲乙两个木块,甲木块在乙木块上方,乙木块与地面接触面粗糙。现用10N的力拉动乙木块,使甲乙木块同时向右做匀速直线运动,那么下面说法正确的是       

A、力对甲物体的拉力为10N。

B、力对甲物体的拉力不为零,但一定小于5N。

C、乙受摩擦力大小为5N。

D、甲所受摩擦力一定小于乙。

10.运动员双手攀竹竿匀速攀升和匀速下滑时,所受的摩擦力分别是f1和f2,则f1方向       ,f2方向       ,且f1       f2

《摩擦力》基础知识巩固题

1.接触面   阻碍物体运动的力

2.动摩擦   静摩擦   滑动摩擦   滚动摩擦   相对运动方向

3.一对平衡力的大小相等   弹簧测力计

4.(1)增大压力   接触面变粗糙   变滚动为滑动   (2)减小压力   使接触面变光滑   变滑动为滚动   使接触面彼此分开(加润滑油或气垫)

5.滚动   滑动   滚动   滑动

6.20   98   98

7.后   前

8.9(解析:秒针受到重力和摩擦力双重作用,当电池耗尽的情况下,秒针有四个特殊点,12点、3点、6点、9点,其中12点和6点不受重力影响,只受摩擦力的阻碍作用;3点位置重力是动力,摩擦力是阻力;9点位置重力和摩擦力都是阻力;综上分析,在9点的位置,秒针受到阻力最大,所以停在9点位置的可能性最大。)

9.D

10.上   上   等于

参考文献

初中物理知识点总结

http://chuzhongwuli.com

本文内容与物理知识体系关系

初二下学期物理知识点→8.0《运动和力》→8.3《摩擦力

关键词:摩擦力;滑动摩擦力;摩擦

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