高一上册物理 摩擦力在生产生活中的应用 逐字稿-4,209字
师:上节课我们学过了摩擦力,知道摩擦力分为滑动摩擦力和静摩擦力,也掌握了如何判定它们的方向,还学习了滑动摩擦力的计算公式$f = \mu F_N$ 。今天,我们一起来了解摩擦力在生产生活中的应用。首先复习一下前面所学知识。第一,摩擦力的方向总是和运动方向相反,这句话对吗?我们知道人走路时受到的是静摩擦力,静摩擦力方向与人运动方向一致,所以这句话错误。第二,相互压紧且接触面粗糙的物体之间一定有摩擦力吗?比如把一个物体放在水平面上,物体挤压地面,有相互的弹力,但物体和地面之间没有相对运动或相对运动趋势,此时没有摩擦力,所以这句话也错误。第三,相互接触的物体之间正压力增大,摩擦力一定增大吗?假设用一个力把物体挤压在墙面上,物体静止,对物体进行受力分析,在竖直方向,物体受竖直向下的重力和竖直向上的静摩擦力,因为物体处于平衡状态,重力和摩擦力二力平衡。若增大外力使物体对墙面压力变大,由于重力不变,摩擦力也不变,所以这种情况下,物体和墙面间挤压压力变大,但静摩擦力未增加,此说法错误。
师:再看D选项,静止的物体受到的静摩擦力大小和材料的粗糙程度无关。我们知道滑动摩擦力大小$f = \mu F_N$ ,与材料粗糙程度有关,而静摩擦力大小与外力有关,随外力变化而变化,与接触面粗糙程度无关,所以这句话正确。
师:接着,只有静止的物体才能受到静摩擦力吗?刚才讲人走路时,人在运动,却受到静摩擦力,所以这句话错误。静止的物体可能受到滑动摩擦力吗?比如物体在水平地面上,给它一个拉力使其向右滑行,物体受到水平向左的滑动摩擦力,根据力的作用是相互的,物体给地面一个水平向右的滑动摩擦力,而地面静止,所以静止的物体可能受到滑动摩擦力,这句话正确。实际上,滑动摩擦力产生于相对滑动的物体之间,物体静止或运动不影响滑动摩擦力产生;同理,物体间存在静摩擦力,说明两物体相对静止,其中一个物体是否运动不影响静摩擦力存在。
师:最后,摩擦力的方向与压力的方向相互垂直吗?我们知道压力方向总是垂直于接触面,摩擦力方向总是平行于接触面,所以它们总是相互垂直,这句话正确。刚才简要回顾了上节课知识点,接下来看一个视频。
(播放视频)
师:视频中有三个实例,一是皮带和皮带轮通过摩擦力相互作用;二是飞机场传送带运送行李箱,靠摩擦力作用;三是皮带传送机运送粮食,也是通过摩擦力作用。这些都是摩擦力在生产生活中的应用。接下来通过一些实例分析判定摩擦力的大小和方向。
师:看情景一,质量为20千克的行李放在水平静止的传送带上,行李箱与水平传送带间的最大静摩擦力为62牛顿,静摩擦因数是0.3。分别用50牛顿和65牛顿的水平力推行李箱,行李箱受到的摩擦力多大?当行李箱被水平力推动,重心伸出皮带轮1/3时,摩擦力又是多大?(g取10米每二次方秒 )
师:题目关键词是传送带静止,相当于物体放在水平地面。用不同力推,涉及滑动摩擦力和静摩擦力。当用50牛顿力推时,小于最大静摩擦力62牛顿,行李箱保持静止,此时摩擦力是静摩擦力;用65牛顿力推时,大于最大静摩擦力,行李箱滑动,产生滑动摩擦力。先对行李箱受力分析,它受重力、支持力和与外力F相反的摩擦力。第一种情况,推力50牛顿时,推力小于最大静摩擦力,行李箱静止,外界推力和静摩擦力大小相等、方向相反,即$f_{f1} = F = 50$牛顿。
师:第二种情况,推力65牛顿时,推力大于最大静摩擦力,行李箱滑动,根据滑动摩擦力公式计算。$f_{f2} = \mu F_N$ ,此时物体对传送带压力等于重力,即$f_{f2} = \mu mg = 0.3×20×10 = 60$牛顿。
师:第三种情况,行李箱重心伸出皮带轮1/3时,重心仍在皮带上面,行李箱对皮带轮压力仍等于重力,还是滑动摩擦力,所以此时行李箱所受滑动摩擦力大小不变,$f_{f3} = 60$牛顿。
师:情景一是传送带静止时单个物体的运动,若传送带静止,研究多个物体运动又怎样呢?将质量均为10千克的相同行李箱A和B叠放在静止的水平传送带上,在50牛顿水平推力F作用下,A、B一起做匀速直线运动(g取10牛每千克 )。第一问,此时木块B上表面受到的摩擦力$f_{f1}$是多少?B下表面所受摩擦力$f_{f2}$是多少?
师:A和B都做匀速直线运动,处于平衡状态。先分析A、B之间摩擦力,对A受力分析,在竖直方向,A受重力和B对A的支持力。若B对A有摩擦力,水平方向A受力不平衡,会做加速或减速运动,而A做匀速运动,所以A、B之间摩擦力不存在,$f_{f1} = 0$。
师:分析B下表面摩擦力,把A和B看作一个整体。整体受重力$2mg$ ,传送带施加竖直向上的支持力,还有传送带给B的摩擦力。因为A、B整体匀速直线运动,水平方向F和$f_{f2}$二力平衡,所以B下表面所受摩擦力$f_{f2} = F = 50$牛顿。
师:第二问,求传送带与木块之间的动摩擦因数。动摩擦因数考查滑动摩擦力表达式$f = \mu F_N$ ,此时B与传送带之间压力等于A和B整体重量,即$200$牛顿,根据$f = \mu F_N$ ,可求得动摩擦因数$\mu = 0.25$ 。