一、靜摩擦力發(fā)生突變
靜摩擦力是被動力,其存在及大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢,而且靜摩擦力存在最大值。靜摩擦力為零的狀態(tài),是方向變化的臨界狀態(tài);靜摩擦力到達(dá)最大值,是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)。
1、靜摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮?/span>
例1、如圖1所示,物體A和B疊放在光滑的水平面上,A、B的質(zhì)量分別為,,為了保持A與B相對靜止在水平面上做加速運動,作用在B上的水平拉力F不能超過4N。如果將此水平拉力作用在物體A上,則( )
A.A、B仍相對靜止一起加速運動;
B.A、B將發(fā)生相對運動;
C.A做勻速運動,B做加速運動;
D.A、B一起做勻速運動。
解析:設(shè)A和B之間最大靜摩擦力為,當(dāng)水平拉力F作用在B上時,則,
所以
當(dāng)水平拉力作用在A上時,A、B不發(fā)生相對運動,一起運動的最大加速度和拉力的最大值分別為
由于
,A、B將發(fā)生相對運動,A、B都做加速運動,故選項B正確。2、靜摩擦力方向或大小發(fā)生突變
例2、如圖2所示,在水平面上,質(zhì)量為10kg的物塊A拴在一水平被拉伸彈簧的一端,彈簧的另一端固定在小車上,當(dāng)它們都處于靜止時,彈簧對物塊的彈力大小為3N,若小車以的加速度水平向右勻加速運動時( )
A.物塊A相對于小車仍然靜止;
B.物塊A受到的摩擦力方向不變;
C.物塊A受到的摩擦力變?。?/span>
D.物塊A受到的彈簧的拉力將增大。
解析:物塊A與小車都處于靜止?fàn)顟B(tài)時,物塊A所受合力為零,彈簧對物塊向右的彈力大小為3N,則物塊A受到小車對它靜摩擦力大小為3N,方向水平向左。所以小車對物塊A的最大靜摩擦力至少3N。當(dāng)小車以0.5m/s2的加速度水平向右勻加速運動時,物塊A所受向右合力應(yīng)為。若物塊A相對于小車靜止,則彈簧對物塊A向右的彈力大小仍然為3N,小車對物塊A靜摩擦力大小為2N、方向水平向右,而2N顯然小于小車對物塊A的最大靜摩擦力至少3N,這說明物塊A相對于小車仍然靜止,沒有發(fā)生滑動。小車水平向右勻加速運動時,靜摩擦力發(fā)生了突變:方向由原來的水平向左變?yōu)樗较蛴?;大小?N變?yōu)?N。本題選項A、C正確。
二、滑動摩擦力發(fā)生突變
滑動摩擦力存在于發(fā)生相對運動的物體之間,因此兩物體的速度達(dá)到相同時,滑動摩擦力要發(fā)生突變(摩擦力為零或為靜摩擦力)
1、滑動摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力
例3、如圖3所示,質(zhì)量為M=8kg的小車B放在光滑的水平面上,在小車右端加一個水平向右的恒力。當(dāng)小車向右運動的速度達(dá)到時,在小車右端輕輕地放上一個大小不計、質(zhì)量的小物塊A,物塊與小車間的動摩擦因數(shù)為,小車足夠長,。求從A放上小車經(jīng)過后位移的大小。
解析:分別以A、B為研究對象,則
,
設(shè)A、B速度相同時所經(jīng)過的時間為t1,則
,
此時A的速度大小為
位移為
此后假設(shè)A、B以相同的加速度a一起運動,則,所以A、B不發(fā)生相對運動,它們之間的摩擦力由滑動摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力。
再經(jīng)過,A位移為
所以從A放上小車經(jīng)過1.5s后位移的大小為
2、滑動摩擦力方向或大小發(fā)生突變
例4、如圖4所示,傳送帶長度,與水平方向成角,傳送帶的兩輪逆時針轉(zhuǎn)動,使傳送帶始終以的速率運動。將一物體輕放在傳送帶的上端A,物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù),,求物體從傳送帶的上端A運動到下端B所用的時間。
圖4
解析:開始物體相對傳送帶向上運動,物體受到的滑動摩擦力沿傳送帶向下,當(dāng)物體加速到v時,由于
,傳送帶勻速運動,物體要加速運動,物體相對傳送帶向下運動,受到的滑動摩擦力沿傳送帶向上。剛放上物體時,根據(jù)牛頓第二定律,有,所以
物體加速到v所需時間為,通過的距離為
物體加速到v后,根據(jù)牛頓第二定律,有
,所以
又,
所以
故物體從A運動到B所需的時間為
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