高中物理摩擦力的知識(shí)點(diǎn)分析
高中物理摩擦力的知識(shí)點(diǎn)分析
在物理的學(xué)習(xí)中，摩擦力是重要的知識(shí)點(diǎn)，在高考中會(huì)考到，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)?lái)關(guān)于摩擦力的知識(shí)點(diǎn)的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理摩擦力的知識(shí)點(diǎn)
摩擦力的概念
高中物理課本必修一的第57頁(yè)有摩擦力的如下定義：
兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)他們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的時(shí)候，就會(huì)在其接觸面上產(chǎn)生阻礙其相對(duì)滑動(dòng)的力，這種力叫做摩擦力。
廣義地物體在液體和氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí)也受到摩擦力。摩擦力是我們身邊非常重要的一個(gè)力。
沒(méi)有摩擦力的世界是“慘不忍睹”的：一走路就摔跟頭，話鞋帶無(wú)法系緊，螺絲釘和釘子無(wú)法固定物體……當(dāng)然，我們也不能認(rèn)為摩擦力都是有益的，比如工業(yè)上機(jī)械部件中軸承的摩擦和汽車(chē)氣缸內(nèi)的摩擦等，都是有害的。
摩擦力的產(chǎn)生條件
摩擦力的產(chǎn)生條件為：兩物體直接接觸、相互擠壓、接觸面粗糙、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這四個(gè)條件缺一不可，兩物體間有彈力是這兩物體間有摩擦力的必要條件而非充要條件。也就是說(shuō)：沒(méi)有彈力就不可能有摩擦力，但有彈力不一定就一定有摩擦力。
以上雖是課本上非常重要的摩擦力概念的理解，但卻不是高考物理重點(diǎn)內(nèi)容。高考的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于探討摩擦力的分類(lèi)和方向的判定。從分類(lèi)來(lái)看，摩擦力可以分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力兩種。
滑動(dòng)摩擦力
摩擦力的分類(lèi)中，如果發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則為滑動(dòng)摩擦力;反之，則為靜摩擦。下面我們先來(lái)分析滑動(dòng)摩擦力的大小。
滑動(dòng)摩擦力的大小必須要用公式f=μN來(lái)計(jì)算。
(1)在接觸力中，必須先分析兩個(gè)物體間彈力N，再分析摩擦力的大小。
(2)有滑動(dòng)摩擦力的時(shí)候才能用公式f=μN，其中的N表示物體間的壓力大小，不一定等于物體重力G。只有在水平面上N才有可能與重力mg一致。
靜摩擦力
兩者之間只有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況的摩擦力稱(chēng)之為靜摩擦力。
(1)必須明確，靜摩擦力大小不能用滑動(dòng)摩擦定律f=μN計(jì)算。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，其最大值略大于滑動(dòng)摩擦力。但在大多數(shù)的試題中往往給出這樣的條件：靜摩擦力的最大值等于滑動(dòng)摩擦力，即fm=μN。
(2)靜摩擦力的大小要根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同確定(“被動(dòng)性質(zhì)的力”)，其可能的取值范圍是：0
判斷摩擦力是靜摩擦還是滑動(dòng)摩擦的討論
很多時(shí)候，對(duì)于一道涉及摩擦力的綜合力學(xué)題來(lái)說(shuō)，我們無(wú)法根據(jù)題意立刻判斷出是靜摩擦還是滑動(dòng)摩擦。
這個(gè)時(shí)候，解題的第一步就是判定摩擦力的性質(zhì)。這一步走不好，后面無(wú)法進(jìn)行。
首先假設(shè)是靜摩擦，兩者是整體，求整體的加速度。在用單獨(dú)一個(gè)物體(往往是分析僅受摩擦力的物體)的最大靜摩擦力(這個(gè)時(shí)候往往題目告知是滑動(dòng)摩擦力)，是否能夠提供此加速度。
1，如果可以，假設(shè)成立，兩者之間是靜摩擦力。
2，如果假設(shè)不成立，則必然是滑動(dòng)摩擦力。
這是高一上學(xué)期講得知識(shí)，希望大家不要認(rèn)為我上面的分析是廢話。筆者非常負(fù)責(zé)人地告訴你，很多時(shí)候高三的孩子在這里復(fù)習(xí)的時(shí)候都有問(wèn)題。
就像本文的標(biāo)題那樣，在力學(xué)難題中分析就不是那么簡(jiǎn)單了?？赡?，這個(gè)題目中摩擦力(動(dòng)還是靜是未知的)可能僅僅是4、5個(gè)力(甚至更多)中的一個(gè)。這個(gè)時(shí)候的判斷就非常復(fù)雜，需要通過(guò)上面的過(guò)程嚴(yán)格一步一步來(lái)冷靜思考。
摩擦力方向的判定
摩擦力的方向判定有兩個(gè)方法，一個(gè)是書(shū)本上面的定義。即：摩擦力的方向總是阻礙運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(方向)。
另外一個(gè)就是假設(shè)法。
假設(shè)界面是絕對(duì)光滑，那么會(huì)出現(xiàn)什么樣的情況，而這種情況與常規(guī)事實(shí)(或題意)不符;借此(摩擦力為“事實(shí)”提供動(dòng)力)來(lái)判定摩擦力的方向。
這種假設(shè)法對(duì)靜摩擦和滑動(dòng)摩擦都成立。
高中物理力學(xué)中的摩擦力是一個(gè)難點(diǎn)，尤其是和電磁學(xué)結(jié)合的時(shí)候，涉及到由靜摩擦轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦力的臨界問(wèn)題分析。
摩擦力做功的特點(diǎn)
摩擦力做功是比較復(fù)雜的，同學(xué)們可以到物理網(wǎng)視頻區(qū)看我們的視頻，有專(zhuān)門(mén)的視頻講解。下面我們物理網(wǎng)編輯總結(jié)了一些重要的結(jié)論，同學(xué)們可以自己推導(dǎo)下。
一、靜摩擦力做功的特點(diǎn)
1.靜摩擦力可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功。
2.在靜摩擦力做功的過(guò)程中，只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)，而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
3.相互作用的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零。
二、滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn)
1.滑動(dòng)摩擦力可以不做功
若相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體之一對(duì)地面靜止，則滑動(dòng)摩擦力對(duì)該物體不做功。
2.滑動(dòng)摩擦力可以做正功
如貨車(chē)車(chē)廂內(nèi)放一木箱，貨車(chē)突然加速，木箱相對(duì)貨車(chē)向后滑動(dòng)，但相對(duì)地面向前運(yùn)動(dòng)，則貨車(chē)對(duì)木箱的滑動(dòng)摩擦力做正功。
3.滑動(dòng)摩擦力可以做負(fù)功
上例中木箱對(duì)貨車(chē)的滑動(dòng)摩擦力對(duì)貨車(chē)做負(fù)功。
4. 相互作用的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的功總不為零，其絕對(duì)值恰等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積，即等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能。
5.一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中，能量的轉(zhuǎn)化有兩種情況：一是相互摩擦的物體之間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移;二是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積。
高中物理關(guān)于功率的知識(shí)點(diǎn)
功率的概念
功率是描述做功快慢的物理量。功率指的是單位時(shí)間內(nèi)力做的功。
功率的單位是瓦特(w)，日常生活生產(chǎn)中也常用千瓦(kw)來(lái)作功率單位。注意功率的單位與功的單位的區(qū)別，功率的單位是瓦或千瓦，而能量的單位是焦耳，也用千瓦▪時(shí)來(lái)表述，我們?nèi)粘Ｉ钪械囊欢入娋褪且磺?#9642;時(shí)的意思。
功率的公式
功率是描述做功快慢的物理量，功率的定義式：P=W/t ，當(dāng)t不是無(wú)窮小量時(shí)，公式所求出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。當(dāng)△t是一個(gè)非常小的數(shù)值，P=△W/△t 就可以代表這個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度。
力學(xué)研究的功率與電學(xué)研究的功率有很大的不同之處，我們?cè)谶@里分類(lèi)做個(gè)討論，如下：
(1)力學(xué)中功率的公式
功率的另一個(gè)計(jì)算式：P=Fvcosθ，其中θ是力與速度間的夾角。該公式有兩種用法：
?、偾竽骋粫r(shí)刻的瞬時(shí)功率。這時(shí)F是該時(shí)刻的作用力大小，v取瞬時(shí)值，對(duì)應(yīng)的P為F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率;
②當(dāng)v為某段位移(時(shí)間)內(nèi)的平均速度時(shí)，則要求這段位移(時(shí)間)內(nèi)F必須為恒力，對(duì)應(yīng)的P為F在該段時(shí)間內(nèi)的平均功率。
重力的功率可表示為P=mgvcosθ，即重力的瞬時(shí)功率等于重力和物體在該時(shí)刻的豎直分速度之積。
我們?nèi)缟嫌懻摰氖橇W(xué) 中的功率，下面分析電學(xué)中的功率。
(2)電學(xué)中功率的公式
電功率的計(jì)算公式，用電壓乘以電流，這個(gè)公式是電功率的定義式，永遠(yuǎn)正確，適用于任何情況。
電學(xué)功率的基本公式：P=U*I;我們下面在基本公式基礎(chǔ)上做推導(dǎo)。
推導(dǎo)1：純電阻電路中電功率的表達(dá)式
當(dāng)電路為純電阻電路，即電路中只有電阻，只是把電能轉(zhuǎn)化為熱能時(shí)，還可以用歐姆定律做轉(zhuǎn)化。
P=U^2/R=I^2*R;
推導(dǎo)2：電動(dòng)機(jī)電功率的計(jì)算
非純電阻電路中的功率計(jì)算，以電動(dòng)機(jī)功率作介紹。電動(dòng)機(jī)的總功率轉(zhuǎn)化為兩部分，一部分是自己內(nèi)部消耗掉的熱功率，一部分是向外界傳輸?shù)臋C(jī)械功率，可以表達(dá)為這個(gè)公式：
P總=I^2*r+P機(jī);
注意，焦耳熱功率只有這一個(gè)表達(dá)式，因?yàn)槭欠羌冸娮桦娐?，因此不能用歐姆定律進(jìn)行代換。
推導(dǎo)3：功率在動(dòng)能定理上的應(yīng)用
動(dòng)能定理的內(nèi)容：合外力的功等于動(dòng)能的該變量。
動(dòng)能定理的公式為：
W合=△Ek;
對(duì)功率恒定的做功過(guò)程，我們還可以表述為：
Pt=△Ek;
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