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摩擦力是最常见的一种力,没有摩擦力,我们就写不成字;没有摩擦力,人们将寸步难行;没有摩擦力,开动的汽车将无法停下来了……摩擦力有利也有弊,为了更好发挥摩擦力的好处,让它为我们服务,也为了减小摩擦力可能带来的麻烦,我们就要学习与摩擦力相关的知识,知道摩擦力的大小,并在生活中自觉运用摩擦力的知识去解决实际问题.
盈摩擦力的测量
两个物体接触(接触面粗糙且有相互挤压)并发生相对滑动时,接触面上就产生了阻碍其相对运动的滑动摩擦力.滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反,
探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关.是初中物理的一个重要探究实验,首先,我们可以选择一个小木块,将小木块放在水平长木板上,让它在水平长木板上运动,于是,就产生了一个摩擦力,我们必须测量出这个摩擦力的大小,那么这个摩擦力的大小怎么测量呢?
滑动摩擦力的大小是间接测量出来的.采用的是物理学中一种常用的方法——等效替代法,如图1.可用弹簧测力计拉着小木块在水平长木板上做匀速直线运动,此时小木块受力平衡,根据二力平衡的知识,水平方向的弹簧测力计的拉力大小等于小木块受到的摩擦力.那么,读出弹簧测力计的示数.就测量出滑动摩擦力的大小了,
例1 学过摩擦力知识后.小明想探究摩擦力大小是否与压力、重力都有关系.他利用如图2所示的装置进行探究实验.
实验步骤如下:
①把金属盒放在质量不计的白纸上,读出台式测力计的示数:在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数,
②将质量不计的氢气球系在金属盒上,读出台式测力计的示数;在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
③让氢气球继续系在金属盒上,再往金属盒中注入适量的沙子,使台式测力计的示数与步骤①中的示数相等;在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
实验相关数据如表1.
(1)此实验是根据_____原理测出摩擦力大小的.
(2)与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比,拉动白纸进行实验具有容易操作的优点,具体体现在:____.(写出一条即可)
(3)请你补齐表1中空格处的数据,其值为____N.
(4)实验中是通过_____来改变金属盒总重的.
(5)比较实验步骤____(填序号)的数据,说明摩擦力大小与重力无关,
解析:(1)实验中用到了相对运动的知识.拉动白纸向左运动,金属盒相对于白纸就向右运动.此时金属盒受到了白纸对它的向左的滑动摩擦力,由于金属盒实际上始终是静止在台式测力计上的.它受到的应是平衡力,根据二力平衡的知识,金属盒受到的摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数.(2)在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,一般是需要拉动物块做匀速直线运动的.但实际操作时.难以保证物块做的是匀速直线运动,本实验中是白纸在运动.此时金属盒对白纸的压力不变.接触面的粗糙程度不变,则白纸与金属盒之间的滑动摩擦力不变.白纸不必做匀速直线运动,所以操作容易.(3)虽然氢气球系在金属盒上,但氢气球的质量不计,所以金属盒的总重G不变,仍为4.8N.但对台式测力计的压力变小了.(4)往金属盒内注入适量的沙子,金属盒的总重就增加了.(5)比较①③,台式测力计示数4.8N不变,金属盒的总重由4.8N变为6.4N.但是弹簧测力计示数为1.8N不变,可见,重力改变,压力不变,滑动摩擦力的大小不变,从而得出结论:滑动摩擦力的大小与物体所受的重力大小无关,
答案:(1)二力平衡 (2)不需要匀速拉动白纸(3)4.8(4)往金属盒内注入沙子(s)①③
点评:此题中测滑动摩擦力大小的方法是对课本实验方案的改进.更方便对滑动摩擦力的测量.由于水平面上静止的物体对水平面的压力大小等于它所受的重力,所以时常被误认为滑动摩擦力大小与物体所受的重力有关,此题有助于纠正这个错误观点,第(5)问中,要得出摩擦力大小与重力无关的结论,就要选择压力不变而重力不同的两次实验作比较.
盈摩擦力的计算
1.计算静摩擦力的大小
当两个相互接触的物体之间有相对运动的趋势时,接触面上就产生了静摩擦力.静摩擦力起阻碍物体相对运动的作用,其大小总等于欲使物体运动的那个力的大小.
例2如图3所示为静止在竖直墙面上的爬墙遥控车,其质量为0.03kg,“腹部”有吸盘.当爬墙遥控车的真空泵将吸盘内的空气向外抽出时.遥控车能牢牢吸在竖直的墙面上而不会掉落,这是因为遥控车受到了
的作用,其大小等于
一.(取g=10N/kg)
解析:由于遥控车受到重力的作用,相对于墙壁有向下运动的趋势,墙壁会对遥控车产生阻止它向下运动的静摩擦力,遥控车静止在墙壁上,此摩擦力与重力是一对平衡力,遥控车所受的重力G=mg=0.03kgx10N/kg=0.3N.则它所受的竖直向上的静摩擦力大小也等于0.3N.
答案:摩擦力(或静摩擦力)0.3N
点评:计算静摩擦力,要用到二力平衡的条件,相互平衡的两个力大小相等.
2.计算滑动摩擦力的大小
实验证明,滑动摩擦力的大小与压力的大小以及接触面的粗糙程度有关.压力越大,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大.
初中阶段,滑动摩擦力的大小一般要利用二力平衡的知识来计算.例如物体做匀速直线运动时.滑动摩擦力大小一定等于使其前进的动力,
例3 如图4所示.一个重为G的物体放在水平地面上,在水平向右的拉力F作用下,沿水平面向右做匀速直线运动.已知G=40N,F=10N.
(1)求运动过程中物体受到滑动摩擦力的大小.
(2)我们知道,滑动摩擦力f的大小是由物体接触面间的压力fn和接触面的粗糙程度决定的.物理学中用动摩擦因数u表示接触面的粗糙程度,则有关系式f=ufn成立,求图4中物体与地面间的动摩擦因数u 解析:(1)物体在水平方向上受到两个力的作用,分别是拉力和摩擦力,由于物体做匀速直线运动,受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,所以滑动摩擦力等于拉力,即f=F=10N.
(2)物体放在水平面上,水平面受到的压力等于物体所受的重力,即Fn=G=40N.由关系式户f=ufn,带入数据可求得图中物体与地面间的动摩擦因数
答案:(1)10N.(2)0.25.
点评:物体做匀速直线运动时受到的力是平衡力,利用二力平衡的知识求解滑动摩擦力的大小.是初中阶段常用的方法.由于滑动摩擦力的大小只与压力和接触面的粗糙程度有关,若该题目中物体做加速或者减速运动,滑动摩擦力的大小都不会改变,仍然是10N.
学即用,练一练:
1.小明同学在做“探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验过程中,将木板水平固定后.用水平力拉动图5甲中的物块m在木板上滑动,当物块匀速滑动时,弹簧测力计的示数为1.6N,设物块m受到的滑动摩擦力为fi,则fi=____N.如图5乙所示,小明在物块m上加个砝码后,再次用水平力拉动物块m在同一木板上匀速滑动,设此时物块m受到的滑动摩擦力为f,则f2_(填“大于”“小于”或“等于”)f1.2.如图6所示,叠放在一起的物体A和B在大小为F的恒力作用下沿水平面做匀速直线运动.则下列结论正确的是().
A.甲、乙两图中A物体所受的摩擦力大小均为F
B.甲、乙两图中B物体受到地面对它的摩擦力均为F
C.甲图中,物体A受到的摩擦力为零,物体B受到地面对它的摩擦力为F
D.乙图中,物体A受到的摩擦力为F.物体B受到地面对它的摩擦力为F
3.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中.
(1)将物体A置于水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动,使其做
运动,这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计拉力的大小.
(2)小明设计了如图7所示的实验方案,通过实验得到了正确的结论.
①下列各种现象中,利用了该实验结论的是____(选填字母).
A.汽车在结冰的路面行驶时,在车轮上缠绕铁链
B.用力压住橡皮,擦去写错的字
C.移动很重的石块时,在地上铺设滚木
②图7甲中物体运动的速度为v1,图7乙中物体运动的速度为V2,实验过程中,关于v1和v2的大小,下列说法正确的是___(选填字母)
A.vl-定大于V2 B.Vl -定小于v2
C.Vl -定等于V2 D.vl可以大于、等于或小了二V2
参考答案:1.1.6 大于 2.B
3.(1)匀速直线(2)①B②D
盈摩擦力的测量
两个物体接触(接触面粗糙且有相互挤压)并发生相对滑动时,接触面上就产生了阻碍其相对运动的滑动摩擦力.滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反,
探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关.是初中物理的一个重要探究实验,首先,我们可以选择一个小木块,将小木块放在水平长木板上,让它在水平长木板上运动,于是,就产生了一个摩擦力,我们必须测量出这个摩擦力的大小,那么这个摩擦力的大小怎么测量呢?
滑动摩擦力的大小是间接测量出来的.采用的是物理学中一种常用的方法——等效替代法,如图1.可用弹簧测力计拉着小木块在水平长木板上做匀速直线运动,此时小木块受力平衡,根据二力平衡的知识,水平方向的弹簧测力计的拉力大小等于小木块受到的摩擦力.那么,读出弹簧测力计的示数.就测量出滑动摩擦力的大小了,
例1 学过摩擦力知识后.小明想探究摩擦力大小是否与压力、重力都有关系.他利用如图2所示的装置进行探究实验.
实验步骤如下:
①把金属盒放在质量不计的白纸上,读出台式测力计的示数:在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数,
②将质量不计的氢气球系在金属盒上,读出台式测力计的示数;在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
③让氢气球继续系在金属盒上,再往金属盒中注入适量的沙子,使台式测力计的示数与步骤①中的示数相等;在拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
实验相关数据如表1.
(1)此实验是根据_____原理测出摩擦力大小的.
(2)与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比,拉动白纸进行实验具有容易操作的优点,具体体现在:____.(写出一条即可)
(3)请你补齐表1中空格处的数据,其值为____N.
(4)实验中是通过_____来改变金属盒总重的.
(5)比较实验步骤____(填序号)的数据,说明摩擦力大小与重力无关,
解析:(1)实验中用到了相对运动的知识.拉动白纸向左运动,金属盒相对于白纸就向右运动.此时金属盒受到了白纸对它的向左的滑动摩擦力,由于金属盒实际上始终是静止在台式测力计上的.它受到的应是平衡力,根据二力平衡的知识,金属盒受到的摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数.(2)在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,一般是需要拉动物块做匀速直线运动的.但实际操作时.难以保证物块做的是匀速直线运动,本实验中是白纸在运动.此时金属盒对白纸的压力不变.接触面的粗糙程度不变,则白纸与金属盒之间的滑动摩擦力不变.白纸不必做匀速直线运动,所以操作容易.(3)虽然氢气球系在金属盒上,但氢气球的质量不计,所以金属盒的总重G不变,仍为4.8N.但对台式测力计的压力变小了.(4)往金属盒内注入适量的沙子,金属盒的总重就增加了.(5)比较①③,台式测力计示数4.8N不变,金属盒的总重由4.8N变为6.4N.但是弹簧测力计示数为1.8N不变,可见,重力改变,压力不变,滑动摩擦力的大小不变,从而得出结论:滑动摩擦力的大小与物体所受的重力大小无关,
答案:(1)二力平衡 (2)不需要匀速拉动白纸(3)4.8(4)往金属盒内注入沙子(s)①③
点评:此题中测滑动摩擦力大小的方法是对课本实验方案的改进.更方便对滑动摩擦力的测量.由于水平面上静止的物体对水平面的压力大小等于它所受的重力,所以时常被误认为滑动摩擦力大小与物体所受的重力有关,此题有助于纠正这个错误观点,第(5)问中,要得出摩擦力大小与重力无关的结论,就要选择压力不变而重力不同的两次实验作比较.
盈摩擦力的计算
1.计算静摩擦力的大小
当两个相互接触的物体之间有相对运动的趋势时,接触面上就产生了静摩擦力.静摩擦力起阻碍物体相对运动的作用,其大小总等于欲使物体运动的那个力的大小.
例2如图3所示为静止在竖直墙面上的爬墙遥控车,其质量为0.03kg,“腹部”有吸盘.当爬墙遥控车的真空泵将吸盘内的空气向外抽出时.遥控车能牢牢吸在竖直的墙面上而不会掉落,这是因为遥控车受到了
的作用,其大小等于
一.(取g=10N/kg)
解析:由于遥控车受到重力的作用,相对于墙壁有向下运动的趋势,墙壁会对遥控车产生阻止它向下运动的静摩擦力,遥控车静止在墙壁上,此摩擦力与重力是一对平衡力,遥控车所受的重力G=mg=0.03kgx10N/kg=0.3N.则它所受的竖直向上的静摩擦力大小也等于0.3N.
答案:摩擦力(或静摩擦力)0.3N
点评:计算静摩擦力,要用到二力平衡的条件,相互平衡的两个力大小相等.
2.计算滑动摩擦力的大小
实验证明,滑动摩擦力的大小与压力的大小以及接触面的粗糙程度有关.压力越大,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大.
初中阶段,滑动摩擦力的大小一般要利用二力平衡的知识来计算.例如物体做匀速直线运动时.滑动摩擦力大小一定等于使其前进的动力,
例3 如图4所示.一个重为G的物体放在水平地面上,在水平向右的拉力F作用下,沿水平面向右做匀速直线运动.已知G=40N,F=10N.
(1)求运动过程中物体受到滑动摩擦力的大小.
(2)我们知道,滑动摩擦力f的大小是由物体接触面间的压力fn和接触面的粗糙程度决定的.物理学中用动摩擦因数u表示接触面的粗糙程度,则有关系式f=ufn成立,求图4中物体与地面间的动摩擦因数u 解析:(1)物体在水平方向上受到两个力的作用,分别是拉力和摩擦力,由于物体做匀速直线运动,受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,所以滑动摩擦力等于拉力,即f=F=10N.
(2)物体放在水平面上,水平面受到的压力等于物体所受的重力,即Fn=G=40N.由关系式户f=ufn,带入数据可求得图中物体与地面间的动摩擦因数
答案:(1)10N.(2)0.25.
点评:物体做匀速直线运动时受到的力是平衡力,利用二力平衡的知识求解滑动摩擦力的大小.是初中阶段常用的方法.由于滑动摩擦力的大小只与压力和接触面的粗糙程度有关,若该题目中物体做加速或者减速运动,滑动摩擦力的大小都不会改变,仍然是10N.
学即用,练一练:
1.小明同学在做“探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验过程中,将木板水平固定后.用水平力拉动图5甲中的物块m在木板上滑动,当物块匀速滑动时,弹簧测力计的示数为1.6N,设物块m受到的滑动摩擦力为fi,则fi=____N.如图5乙所示,小明在物块m上加个砝码后,再次用水平力拉动物块m在同一木板上匀速滑动,设此时物块m受到的滑动摩擦力为f,则f2_(填“大于”“小于”或“等于”)f1.2.如图6所示,叠放在一起的物体A和B在大小为F的恒力作用下沿水平面做匀速直线运动.则下列结论正确的是().
A.甲、乙两图中A物体所受的摩擦力大小均为F
B.甲、乙两图中B物体受到地面对它的摩擦力均为F
C.甲图中,物体A受到的摩擦力为零,物体B受到地面对它的摩擦力为F
D.乙图中,物体A受到的摩擦力为F.物体B受到地面对它的摩擦力为F
3.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中.
(1)将物体A置于水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动,使其做
运动,这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计拉力的大小.
(2)小明设计了如图7所示的实验方案,通过实验得到了正确的结论.
①下列各种现象中,利用了该实验结论的是____(选填字母).
A.汽车在结冰的路面行驶时,在车轮上缠绕铁链
B.用力压住橡皮,擦去写错的字
C.移动很重的石块时,在地上铺设滚木
②图7甲中物体运动的速度为v1,图7乙中物体运动的速度为V2,实验过程中,关于v1和v2的大小,下列说法正确的是___(选填字母)
A.vl-定大于V2 B.Vl -定小于v2
C.Vl -定等于V2 D.vl可以大于、等于或小了二V2
参考答案:1.1.6 大于 2.B
3.(1)匀速直线(2)①B②D