用临界法分析摩擦力的4种突变

杨 勇

(山东省临清市实验高级中学)

摩擦力是高中物理学习的难点,尤其是摩擦力的突变问题.在解决问题时,弄清楚摩擦力的突变情况有利于准确地进行受力分析,从而快速、正确地解决问题.抓住临界状态,有利于认清摩擦力的类型、大小、方向的变化,能够更好地分析其突变.

1 临界法

当物体从一种运动形式、性质或特征,由于约束条件变化而转化成另一种运动形式、性质或特征时,物体的运动形式、性质或特征在发生质变时所处的特定物理状态叫临界状态.物体出现临界状态的条件,叫临界条件.在分析问题时,抓住临界条件,确定临界前后的状态,从而解决问题的方法叫临界分析法.

2 摩擦力突变的4种情况

2.1 “由静到静”突变模型

“由静到静”的突变是指摩擦力类型保持为静摩擦力,但是物体受到的外力发生变化导致摩擦力的大小、方向发生变化.如图1 所示,一物体在水平力F作用下恰好能静止于斜面上,F突然增大时物体仍能静止.F增大前物体有向下滑动的趋势,静摩擦力方向向上;增大F后物体有向上滑动的趋势,静摩擦力向下,在此过程中物体所受静摩擦力的大小或方向将“突变”.

图1

图2

A.摩擦力会变为滑动摩擦力

B.摩擦力变大

C.摩擦力会对物体做负功

D.摩擦力方向一定发生变化

图3

图4

2.2 “由静到动”突变模型

物体所受外力变化,导致物体由相对静止变成相对滑动,摩擦力由静摩擦力变成滑动摩檫力.例如,粗糙水平面上的物体受到水平力F的作用,水平力F从零逐渐增大,当水平力F等于最大静摩擦力时,物体开始滑动时,静摩擦力突变为滑动摩擦力,摩擦力计算方法会发生变化,可由Ff＝μFN计算,也可由力与运动的关系得出.

图5

2.3 “由动到静”突变模型

运动物体由于运动状态发生变化导致摩擦力从滑动摩擦力变为静摩擦力.例如,一滑块以初速度v0冲上足够长的斜面,当到达最高点速度减为零后由于斜面比较粗糙,动摩擦因数大于斜面倾角正切值,物块静止在斜面上,滑动摩擦力突变为静摩擦力,摩擦力计算方式发生变化.

图6

2.4 “由动到动”突变模型

条件变化导致物体间相对滑动方向随之变化,使得物体所受滑动摩擦力方向突变.例如,可以看成质点的物块以一定的初速度滑上传送带,其速度小于传送带的速度,二者运动方向都向右,物块相对传送带滑动方向向左,受到向右的滑动摩擦力,如果传送带卡住,则物块相对滑动方向由向左突然变成向右,滑动摩擦力方向突变.

图7

(完)