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高中物理竞赛典型例题精讲——水平面叠放物体静止摩擦因数

时间:2023-12-18 12:03:11

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高中物理竞赛典型例题精讲——水平面叠放物体静止摩擦因数

03-01-20_水平面叠放物体静止摩擦因数

本期高中物理竞赛试题,我们共同来研究一下力与运动的关系,并结合滑轮的受力连动物体的受力分析,来探讨物体受到的摩擦力的取值范围,本期题目就解题思路而言,还是很普遍的,没有过多的特殊之处,在解题的方法和思路方面,也主要考查了物体在特定运动状态下的分析问题,并结合受力分析过程,通过牛顿第二定律的熟练应用来解决受力或运动方面的问题,整个过程和思路,也属于解决这类题目比较普遍的方法和思路,总体来说本期题目的难度不是很大,解题过程也相对简单,不需要过多的数学知识就能解出来。

虽然本期题目难度不是很大,但是本期题目还涉及到了一点儿摩擦力的知识,并需要在受力分析上稍作调整,作为一个考查摩擦力的作用类型的题目而言,此题还是很有参考价值的,其讨论在几乎所有情况下的摩擦力的情况,对于深入研究该题目模型,有着非常重要的指导性作用。

高中物理竞赛典型例题与解题步骤

如图1所示,两个质量分别为m1和m2(m2>m1)的物体叠放在水平桌面上,另一质量为m的物体通过不可伸长的细绳以及滑轮系统与m1和m2相连,忽略绳与滑轮的的质量以及轴承处的摩擦。

(1) 若m1和m2之间的动摩擦因数为u,桌面光滑,求m1和m2无相对滑动时的动摩擦因数的范围。(2) 若各接触面之间的动摩擦因数均为u,求m1和m运动,m2保持静止的条件。高中物理竞赛典型例题解题方法与思路

本期题目的重难点总结一下,主要包括以下几点。首先是对题目涉及到的几个物体的受力分析和运动分析,其实运动与受力有着不可分割的关系,在受力分析时必定不要对运动有明确的认识,反过来在分析运动情况时也需要对物体的受力情况非常明确,对于此题目而言,运动和受力的关系更不能分割开来独立研究。首先看题目中动滑轮下挂的物体,对这个物体受力分析很简单,因为这个物体受力情况简单,仅仅受到了重力和两根绳子提供的拉力的作用,虽然是三个力,但是有两个拉力,其实就只有两个力的作用,在这两个力的合力的作用下,物体要做匀加速直线运动,同时带动着两根轻绳做匀加速直线运动。

由于轻绳做匀加速直线运动,并且加速度与动滑轮下物体的加速度相等,因此当水平面上的两个物体没有相对滑动,即保持相对静止时,两个物体分别在两个拉力的作用下,跟随绳子一起做匀加速直线运动,因此对于这两个物体组合而成的整体而言,其两个物体之间的摩擦力属于系统内力,不再考虑,这样就能够得到两个方程,通过这两个方程就能求解出物体的加速度,为进一步求解摩擦力做好了准备,对于题目中的解题步骤而言,小编并没有将这一步写出,因为过于简单,相信同学们一定都能理解。

后面只需要对相对静止的两个物体之一经行受力分析就能得到摩擦力的大小了,题目的解题步骤中,小编通过考查上方物体的受力情况来求解摩擦因数的,这个过程中,其实只要分析明白了绳子的拉力与摩擦力的合力提供加速度,就完全能够通过牛顿第二定律求出答案,不再赘述,但这里有一点需要强调一下,这就是由于对于两个物体的整体受力分析时,摩擦力属于内力,已经不用考虑了,因此摩擦力多大对于整体而言没有影响,而通过后面的计算,知道保持静止的摩擦力的最小值,即解出来的动摩擦因数,只要是动摩擦因数大于这个值,就不会相对滑动了。

对于第二问解题方法与第一问类似,不同之处就是在于由于运动状态不同,导致对于每个物体的受力分析都不尽相同,对于第二问而言,水平面上的两个物体由于都受到摩擦力的作用,因此就相比于第一问多了一个未知量,这就意味着需要多一个解题方程,换句话说,对于题目的第二问而言,就需要对两个物体都经行受力分析,才能得出最终的答案。第二个不同之处是由于下方物体保持静止,因此上方的物体的运动加速度就应该是两倍的绳子的加速度,在列方程时需要格外注意。

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