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  4. 摩擦力的大小二力平衡的定义及条件

一个重为20N的物体放在水平桌面上,用10N的力沿水平方向拉它时,它恰好能以0.1m/s的速度沿拉力方向匀速直线前进,此时物体所受的摩擦力是______N.

一、题文

一个重为20N的物体放在水平桌面上,用10N的力沿水平方向拉它时,它恰好能以0.1m/s的速度沿拉力方向匀速直线前进,此时物体所受的摩擦力是______N.

考点提示:摩擦力的大小,二力平衡的定义及条件

二、答案

物体在水平方向上,受拉力及摩擦力;
因物体做匀速直线运动,故物体在拉力及摩擦力的作用下处于平衡状态;
则可知摩擦力和拉力大小相等,方向相反;故摩擦力大小为10N;
故答案为:10.

三、考点梳理

知名教师分析,《一个重为20N的物体放在水平桌面上,用10N的力沿水平方向拉它时,它恰好能以0.1m/s的速度沿拉力方向匀速直线前进,此时物体所受的摩擦力是______N.》这道题主要考你对 摩擦力的大小二力平衡的定义及条件 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:摩擦力的大小,二力平衡的定义及条件

考点名称:摩擦力的大小
  • 定义:
    两个互相接触的物体,当它们做相对运动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做摩擦力。
  • 产生的条件:
    (1)两物体接触面粗糙不平;
    (2)两物体之间发生相对运动或具有相对运动趋势;
    (3)两物体之问相互挤压发生弹性形变,接触面上有压力产生。

    摩擦力的作用效果:总是阻碍物体之间的相对运动或相对运动趋势。

    摩擦力的方向:
    摩擦力方向总是沿接触面的切线方向,和物体的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。
    说明:“相对运动方向”不是“运动方向”。我们以人走路时地面与鞋底间的摩擦力为例来说明这个问题。人走路时,脚用力向后蹬地,脚相对地向后运动,摩擦力阻碍了脚向后运动,但有利于脚向前运动,因此地面给鞋底的摩擦力方向是与人的运动方向相同的。由此说明,摩擦力有时阻碍运动,有时有利于运动,但无论哪种情况,必与相对运动方向相反。
  • 控制变量法研究影响滑动摩擦力大小的因素:
         在探究“摩擦力的大小与什么因素有关”这个问题时用到控制变量法。为了探究摩擦力大小与压力大小和接触面的粗糙程度是否有关,先使木块在同一木板上面滑动,即保持了接触面的粗糙程度这一个量相同,改变压力的大小,看滑动摩擦力是否改变;然后保持压力这一个物理量相同,改变接触面的粗糙程度,让木块分别在较光滑的小板上和较粗糙的毛巾面上滑动,测出摩擦力的大小,根据测出的数据进行判断得出滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关的结论。
    例1:小明在探究“影响摩擦力大小的因素”实验中,记录的结果如下表所示:

    (1)在这个实验中,使用的是控制变量法,第1、3 两次实验中的变量是________,控制的变量是______。得出的结论是:在压力相同时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
    (2)在探究压力对摩擦力的影响时,可采用_______ 两次的实验结果,得出的结论是:_______________________________________________
    解析:从表格中的数据可以看出,第1、3两次实验中的压力相等,产生的摩擦力不同,说明在压力相同时,接触面越粗糙(木块与棉布),摩擦力越大。根据控制变量的思想,若研究摩擦力与压力大小的关系,应保持接触面不变,即第l、2两次实验,从数据中看出,压力越大,摩擦力越大。
    答案:(1)接触面的粗糙程度压力的大小
    (2)1、2在接触面的粗糙程度不变时,压力越大,摩擦力越大

    平衡状态中摩擦力大小的判断:
          根据二力平衡的知识,一对平衡力一定大小相等,方向相反,作用在同一物体上,故可对物体进行受力分析,从而来判断摩擦力情况。这也是判断各种摩擦力情况最行之有效的方法。例:体重为490N的某同学用双手握住竖直的木杆匀速上攀,他所受的摩擦力(  )
    A.等于490N,方向竖直向下
    B.等于490N,方向竖直向上
    C.大于490N,方向竖直向下
    D.小于490N,方向竖直向上
    解析:人匀速上攀,受力平衡,重力等于摩擦力,且方向相反。
    答案:B
  • 滑动摩擦力:
    定义: 当一个物体在另一个物体表面上滑动时,会受到另一个物体阻碍它滑动的力叫滑动摩擦力。

    大小:F=μ×FN。FN:正压力(不一定等于施力物体的重力)μ:动摩擦因数

    方向:滑动摩擦力的方向总是沿接触面,并且与物体相对运动方向相反。

    静摩擦力:

    定义:若两相互接触且相互挤压,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力,谓之“静摩擦力”。

    大小:静摩擦力根据外力而变化,但有一个最大值,叫做最大静摩擦力。最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

    方向:跟接触面相切,跟相对运动趋势方向相反。
考点名称:二力平衡的定义及条件
  • 定义:
    物体在两个力作用下保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这两个力平衡.
  • 二力平衡的条件:
    同物:两个力作用在同一物体上
    等值:两个力大小相等
    反向:两个力方向相反
    共线:两个力在同一直线上

    说明:
    ①二力平衡时要求四个条件同时具备,缺一不可。
    ②判断二力是否平衡既可用二力平衡条件来判断,也可根据物体是否处于平衡状态来确定受到的力是否平衡
  • 隐含“二力平衡”的变形题:
        考查二力平衡与平衡状态的试题很多,形式变化多样,有一些条件很直接,而有时具有隐蔽性,但始终遵循平衡力和平衡状态的对应关系,准确把握这一关系,适应多变题型。题型多以填空题、选择题的形式出现。
    例:如图所示,各用4N的水平力沿相反的方向拉弹簧测力计的两端(弹簧测力计自重不计),则下列说法中正确的是(   )

    A.弹簧测力计的示数为4N,弹簧测力计受的合力为4N
    B.弹簧测力计的示数为0N,弹簧测力计受的合力为0N
    C.弹簧测力计的示数为8N,弹簧测力计受的合力为0N
    D.弹簧测力计的示数为4N,弹簧测力计受的合力为0N
    解析:本题考查弹簧测力计的原理,弹簧测力计是利用力产生的效果大小来测量力的大小的。弹簧测力计的构造是弹簧一端固定(与挂环相连的一端),叫做固定端;另一端与挂钩相连,叫做自由端。测量时,使固定端不动,拉力拉挂钩使弹簧伸长,拉力越大,弹簧伸长就越长,弹簧测力计的示数就越大,也就是说,弹簧测力计指针的示数等于作用在挂钩上的拉力的大小,是一端的力的大小,而不是两端的受力之和所以在本题中弹簧测力计的示数是4N。而把弹簧测力计作为研究对象,在一对平衡力作用下,合力是零。
    答案:D

    二力平衡的判断方法:
        判断一对力是否是平衡力,有两种方法。一种是根据二力平衡条件判断,只要两个力“同体、等大、反向、共线”,那么,这两个力就是一对平衡力。另一种是根据物体的运动状态是否改变判断,如果物体在某一方向上受到一对力而运动状态保持不变,那么这一对力就是平衡力,反之,就不是平衡力。
    例1一本物理书静止在水平桌面七,下列各对力中属于平衡力的是()
    A.书对地球的引力和地球对书的引力
    B.书受到的重力和桌面对书的支持力
    C.书对桌面的压力和书受到的重力
    D.书对桌面的压力和桌面对书的支持力
    解析:互为平衡力的两个力应满足:受力物体相同,大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。A 项中的两个力的受力物体不同,是一对相互作用力;B 项重力和支持力四个条件都符合,是平衡力;C项中的两个力不满足受力物体相同和方向相反的条件,不是平衡力;D项中的两个力的受力物体不同,施力物体和受力物体刚好相反,是一对相互作用力。
    答案:B
  • 二力平衡的意义:
        二力平衡是力的分析的最简单、最基本的情况,若一物体处于二力平衡状态,我们了解了其中一个力,对另一个力也就了如指掌。如图所示,一物体放在水平桌面上,它将受到重力和桌面对它的支持力,物体处于平衡状态。我们知道了物体的重力,根据等大、反向、共线的关系,也就知道了支持力,的大小、方向及作用点。

    二力平衡的作用效果:
        二力平衡的效果不仅使物体保持平衡状态,还使物体发生了形变(只不过有时效果不明显,但形变还是有的,如静止在地面上的物体受重力和地面支持力的作用,发生了微小形变)。因此,两个力并不是完全抵消而没有产生任何力的作用效果。

    补充:
    (1)物体在两平衡力作用下处于平衡状态,若再加一对或多对平衡力,物体将仍然处于平衡状态。
    (2)平衡力可以通过受力图形象地描绘出来。

    二力平衡的应用:
    (1)用弹簧测力计测量物体所受重力时,就是利用二力平衡条件。
    (2)放在桌面上的花瓶受到竖直向下的重力和桌面对他竖直向上的支持力,二力平衡。
    (3)悬挂着的吊灯,受到竖直向下的重力和吊线对它竖直向上的拉力,二力平衡。
    (4)在水平道路上匀速直线运动的汽车,水平方向受到向前的牵引力和向后的阻力,二力平衡。
    (5)在竖直方向,汽车受到向下的重力和路面对它向上的支持力,二力平衡。

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