用臨界法分析摩擦力的4種突變

楊 勇

(山東省臨清市實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué))

摩擦力是高中物理學(xué)習(xí)的難點(diǎn),尤其是摩擦力的突變問題.在解決問題時(shí),弄清楚摩擦力的突變情況有利于準(zhǔn)確地進(jìn)行受力分析,從而快速、正確地解決問題.抓住臨界狀態(tài),有利于認(rèn)清摩擦力的類型、大小、方向的變化,能夠更好地分析其突變.

1 臨界法

當(dāng)物體從一種運(yùn)動(dòng)形式、性質(zhì)或特征,由于約束條件變化而轉(zhuǎn)化成另一種運(yùn)動(dòng)形式、性質(zhì)或特征時(shí),物體的運(yùn)動(dòng)形式、性質(zhì)或特征在發(fā)生質(zhì)變時(shí)所處的特定物理狀態(tài)叫臨界狀態(tài).物體出現(xiàn)臨界狀態(tài)的條件,叫臨界條件.在分析問題時(shí),抓住臨界條件,確定臨界前后的狀態(tài),從而解決問題的方法叫臨界分析法.

2 摩擦力突變的4種情況

2.1 “由靜到靜”突變模型

“由靜到靜”的突變是指摩擦力類型保持為靜摩擦力,但是物體受到的外力發(fā)生變化導(dǎo)致摩擦力的大小、方向發(fā)生變化.如圖1 所示,一物體在水平力F作用下恰好能靜止于斜面上,F突然增大時(shí)物體仍能靜止.F增大前物體有向下滑動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力方向向上;增大F后物體有向上滑動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力向下,在此過程中物體所受靜摩擦力的大小或方向?qū)ⅰ巴蛔儭?

圖1

圖2

A.摩擦力會(huì)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力

B.摩擦力變大

C.摩擦力會(huì)對(duì)物體做負(fù)功

D.摩擦力方向一定發(fā)生變化

圖3

圖4

2.2 “由靜到動(dòng)”突變模型

物體所受外力變化,導(dǎo)致物體由相對(duì)靜止變成相對(duì)滑動(dòng),摩擦力由靜摩擦力變成滑動(dòng)摩檫力.例如,粗糙水平面上的物體受到水平力F的作用,水平力F從零逐漸增大,當(dāng)水平力F等于最大靜摩擦力時(shí),物體開始滑動(dòng)時(shí),靜摩擦力突變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力,摩擦力計(jì)算方法會(huì)發(fā)生變化,可由Ff＝μFN計(jì)算,也可由力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系得出.

圖5

2.3 “由動(dòng)到靜”突變模型

運(yùn)動(dòng)物體由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化導(dǎo)致摩擦力從滑動(dòng)摩擦力變?yōu)殪o摩擦力.例如,一滑塊以初速度v0沖上足夠長的斜面,當(dāng)?shù)竭_(dá)最高點(diǎn)速度減為零后由于斜面比較粗糙,動(dòng)摩擦因數(shù)大于斜面傾角正切值,物塊靜止在斜面上,滑動(dòng)摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力,摩擦力計(jì)算方式發(fā)生變化.

圖6

2.4 “由動(dòng)到動(dòng)”突變模型

條件變化導(dǎo)致物體間相對(duì)滑動(dòng)方向隨之變化,使得物體所受滑動(dòng)摩擦力方向突變.例如,可以看成質(zhì)點(diǎn)的物塊以一定的初速度滑上傳送帶,其速度小于傳送帶的速度,二者運(yùn)動(dòng)方向都向右,物塊相對(duì)傳送帶滑動(dòng)方向向左,受到向右的滑動(dòng)摩擦力,如果傳送帶卡住,則物塊相對(duì)滑動(dòng)方向由向左突然變成向右,滑動(dòng)摩擦力方向突變.

圖7

(完)