自我评价。及时反馈 【变式训练】
1、 如图所示,物体A被传送带由低处向高处匀速输送过程中,受到的摩擦力的方向为( )
图7 A.沿传送带斜面向下 B.沿传送带斜面向上 C.不受摩擦力 D.无法确定 1、B;【分析】同学们往往以为摩擦力一定是阻力,而阻力肯定是阻碍物体运动的力。本题中把A相对于地面的运动当作了相对于传送带表面的运动,从而认为物体A斜向上运动,则它受到的摩擦力必沿传送带斜面向下,故错选A。 物体A斜向上的运动过程中,它相对于传送带是静止的,由于传送带倾斜,使得物体A具有沿传送带斜向下运动的趋势,根据摩擦力方向的规定,可知应选B。从另一角度来说,物体A被倾斜的传送带由低向高输送,说明物体A必受到一个倾斜向上的摩擦力,而使其随传送带由低向高运动,此时,摩擦力的方向与物体的实际运动方向一致。应选B。
2、如图所示,在一条水平的传送带上放着一个物体A,物体A随着传送带一起向右做匀速运动,则此时物体A受到传送带对它的摩擦力为( )
图8 A.水平向右 B.水平向左 C.不受摩擦力 D.受到静摩擦力
2、C ;【分析】许多同学容易把物体A随传送带向右运动当作是物体A在传送带上向右滑动而误选B;还有人认为物体A相对于传送带表面的相对位置没有改变,误认为物体运动必受到一个静摩擦力的作用,故错选D。 解:应用平衡力知识来分析。如果物体A与传送带之间存在摩擦力,那么这个力必在水平方向上,或水平向右,或水平向左。由于物体A做匀速运动,如果受到一个向右(或向左)的摩擦力,则必有一个向左(或向右)的力与之平衡。显然题中并不存在这样一个力,故物体A与传送带之间不存在摩擦力,物体A的运动是由于物体具有惯性。故应选C。
3、 木块重20N,在3N水平向右的拉力作用下,沿水平桌面做匀速直线运动,木块受到的摩擦力为_______ N;当水平拉力增大为5N时,木块受到的摩擦力为________N。
3、“5N”、“8N”;【分析】当拉力为3N时,木块做匀速直线运动,由力的平衡知识,滑动摩擦力的大小也为3N,方向水平向左。 当拉力增大为5N时,由于支持力大小、接触面均不变,故滑动摩擦力的大小、方向均不变。当然此时木块不能再匀速运动了。
【变式训练】 1、做物理实验要遵循实事求是的原则。小雯同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,完成了如图8所示的实验,并记录了数据(如下表)
实验次数 |
物重G/N |
使用定滑轮时测力计的示数F1/N |
使用动滑轮时测力计的示数F2/N |
1 |
1.00 |
0.60 |
0.65 |
2 |
1.50 |
1.10 |
0.90 |
3 |
2.00 |
1.60 |
1.15 |
通过分析数据,她觉得与书中的结论偏差较大。你一定也做过这样的实验,回想你的实验经历,回答下列问题: (1)该实验中出现这样结果的主要原因是什么? (2)请你对小雯的实验方法提出合理的改进意见。
图8 【解析】(1)由表中数据可看出,使用定滑轮时(乙图) ,这是由于没有考虑弹簧测力计外壳受到的重力;使用动滑轮(丙图) ,是由于没有考虑动滑轮受到的重力。
(2)使用定滑轮时(乙图),将弹簧测力计倒过来使用(或答:水平拉动弹簧测力计;或答:实验前先测出弹簧测力计自身的重力)。 使用动滑轮时(丙图),要先测出钩码和动滑轮的总重,然后比较拉力与总重的关系。(或答:采用轻质滑轮或增加钩码重量)。 评注:实验过程中,根据数据得出的结论往往与理论上的结论不相符,这就是实验过程中的误差,我们要及时交流,分析造成误差的原因。
方法实践。学练结合 【变式训练】
1、一小车A陷在泥地里。现在通过如图9所示的滑轮组将小车匀速拉出,F=1000N。求小车受到的拉力和树受到的拉力(不计滑轮、绳重和摩擦)。
1、2000N;【解析】 要想求小车受到的拉力,须取动滑轮为研究对象,受力如图10(有三股绳子向右拉着动滑轮),小车受到的拉力F’, F′=3F=3000N。
求树受到的拉力,要取定滑轮为研究对象,受力如图11(有两股绳子向左拉着定滑轮),树受到的拉力F″=2F=2000N。
2、如图三G=1000牛,在绳子自由端要用多大的力才能把重物拉起?
2、250牛。【解析】分割动滑轮和物体分析受力如图a、b
3、如图二用50牛的力拉重500牛的物体在水平面上匀速向右运动.求物体与水平面的摩擦力是多少?
3、100牛。【解析】:隔离物体与滑轮分析受力如图a、b
4、如图5,人重为G1,站在重为G2的木板上,至少要用多大的力才能将木板拉起?
【解析】:隔离滑轮A、B、C、D和木板受力如图1、2、3、4、5.将木板和人作为一个整体.
5、.请你设计一滑轮组,沿水平向右拉动绳子将重为G的物体吊起,加在绳子自由端的力F=G/5(不计动滑轮重)。 【解析】本题中的绳子段数n=G/F=5为奇数,故动滑轮的个数为(5-1)/2,即2个。因n为奇数,则固定端应拴在动滑轮上,拉绳方向可看作是与物体上升方向相反,因此定滑轮个数
故本题中的滑轮组应为图2所示。
图2 |
综合讲解。各个击破 【专题1】摩擦力学习过程中几个易错问题专题探究 摩擦力分滑动摩擦力和静摩擦力。解题时首先要弄清是哪一种摩擦力,它有何特点。 滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时所产生的摩擦力。这时相互接触的两个物体之间产生了相对运动,而摩擦力表现为阻碍相对运动,故滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度及两接触面之间的正压力大小有关。 静摩擦力是相互接触的两个物体之间没有发生相对运动,但有相对运动的趋势时产生的。静摩擦力表现为阻碍相对运动趋势,所以静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。 在学习摩擦力的过程中,容易形成以下错误观念。
一、滑动摩擦力的方向与拉力的方向相反 【例1】如图3,物体A在拉力F的作用下沿水平面匀速运动,试画出物体A的受力示意图。
【分析】:此题易作出如图4所示的错误受力分析图。摩擦力的方向应沿着接触面的方向,而与拉力方向无关。正确的受力分析如图5所示。
二、拉力大小不影响滑动摩擦力的大小 【例2】用同样大小的作用力F,分别以如图9所示的方式依次作用在同一木箱A上,使木箱向右运动,其中滑动摩擦力最小的是( )
图9 A.甲图 B.乙图 C.丙图 D.摩擦力都相同 【分析】:滑动摩擦力的大小由压力的大小和接触面的粗糙程度决定。当给物体施加拉力时,有时会改变接触面之间压力的大小,这将导致滑动摩擦力的大小改变。图9中,由于拉力的作用,乙图的压力最大,丙图的压力最小,故丙图的摩擦力最小,选(C)。
三、静止的物体不受摩擦力,运动的物体一定受摩擦力 物体是否受摩擦力,与物体处于静止状态或运动状态没有直接的关系。关键是看物体相对于与其接触的物体是否有相对运动或有相对运动的趋势。 【例3】如图,放在斜面上静止的物体是否受摩擦力?
图10 【分析】:放在斜面上静止的物体,在自身重力的作用下有相对于斜面下滑的趋势,所以受到斜面给它的一个沿斜面向上的摩擦力。假定物体不受摩擦力,物体必然在重力的作用下沿斜面向下运动,而不再处于静止状态。
四、力越大,摩擦力越大 【例4】小李手握住一个瓶口朝上的瓶子保持竖直方向静止在空中,而且不断增大手的握力。他说,根据在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,摩擦力越大,得出:瓶子受到的摩擦力变大。 【分析】:错误的原因在于,对滑动摩擦力和静摩擦力大小的决定因素理解不清。由于瓶子与手之间是静摩擦。且瓶子静止在空中,瓶子处于平衡状态,应受平衡力作用,所以在竖直方向除受重力之外还受一个竖直向上的摩擦力作用,且摩擦力的大小与重力大小相等,由于瓶子的重力大小不变,所以尽管手的握力增大但摩擦力大小不变。
五、接触面越粗糙,摩擦力越大 【例5】 甲、乙两辆小车, ,甲在砂石路面上、乙在水泥路面上分别做匀速运动,问甲、乙两个小车哪一个受到的摩擦力大? 【分析】:许多人会不假思索地说:因砂石路面比水泥路面粗糙,所以甲受到的摩擦力大于乙受到的摩擦力。这是对决定摩擦力大小因素的片面理解。 解:滑动和滚动摩擦力的大小不仅跟接触面的粗糙程度有关,还跟压力大小有关,且只有压力一定时,触面越粗糙,摩擦力才越大,所以本题中无法确定甲、乙两个小车哪一个受到的摩擦力大。
【专题2】探究滑轮特点 (1)动滑轮、定滑轮可以看作杠杆,它们的支点分别在滑轮的边缘和滑轮的轴上,根据杠杆原理 可知,动滑轮的动力臂是阻力臂的两倍,所以动滑轮可看为动力臂是阻力臂两倍的杠杆;由于定滑轮的支点在轴上,所以定滑轮的动力臂等于阻力臂,故它是等臂杠杆。 (2)使用动滑轮时,力的方向改变,动力臂的长也随之改变,只有竖直向上拉绳子时,动力臂才是滑轮的直径,这时用的力最小。使用定滑轮时,力的方向改变,而力的力臂不变,所以力的大小也不变。 【例6】物理实验要遵循实事求是的原则。小雯同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,完成了如下图所示的实验并记录了数据。
实验次数 |
物重 G/N |
使用定滑轮时测力计的示数 F1/N |
使用动滑轮时测力计的示数F2/N |
1 |
1.00 |
0.60 |
0.65 |
2 |
1.50 |
1.10 |
0.90 |
3 |
2.00 |
1.60 |
1.15 |
通过分析数据,她觉得与书中的结论有较大偏差。你一定也做过这样的实验,回想你的实验经历,回答下列问题: (1)该实验中出现这样结果的主要原因是什么? (2)请你对小雯的实验方法提出合理的改进意见。 【分析】在理想情况下,使用定滑轮不省力也不费力,使用动滑轮可以省一半的力 。从本题数据来看:使用定滑轮时,弹簧测力计的示数小于物体重力,这是由于绳子与滑轮之间、滑轮与滑轮轴之间存在摩擦,弹簧测力计本身也有重力,这几个力和拉力共同与物重平衡,故拉力小于物重;使用动滑轮时,弹簧测力计示数偏大,主要是因为动滑轮本身有重力,它与物重一起和拉力平衡,故拉力偏大。要得到较准确的结论,就要在这几方面想办法。 具体地说:使用定滑轮时可以用摩擦较小的定滑轮,使用动滑轮时,尽量使用质量较小的滑轮。 【答案】(1)使用定滑轮时,绳子与滑轮、滑轮与滑轮轴之间存在摩擦力,使得弹簧测力计的示数偏小;使用动滑轮时,主要是动滑轮本身存在重力 (2)改进意见:换用摩擦较小的定滑轮和质量较小的动滑轮 ,另外使用定滑轮时,将绳子系在挂钩上,用手拉拉环,就可以消除弹簧测力计的重力的影响,因为此时它的重力已经读出来了。
物理方法 一、分割法 用分割法判断承重绳子的股数,方法不错,在以往的教学中我也是这样教的。但初学阶段仍有学生会问:图1画线处不是有三股绳子吗?为什么会是2F=G物等问题。我感觉要想彻底搞清认楚上面的问题,只是划一条虚线来分割滑轮组是不够的。笔者认为解决滑轮组一类问题的一般方法是:选取研究对象,分析对象受力,利用平衡条件解题。
首先要讲清楚的是: (1)同一根绳子穿起来的滑轮组绳子上各处的拉力都相等。(不计摩擦,不计绳重) (2)区分绳子的“根数”与“股数”这两个概念的不同。一根绳子,绕在定滑轮和动滑轮之间,会被分成几股。 (3)初中阶段研究的对象要么静止,要么做匀速直线运动,即受力满足平衡条件:合力等于零。 【例1】如图所示,体重500N的人,要将G=700N的吊篮匀速吊起,不计滑轮、绳重及摩擦。 (1)如图5,人站在地面上,至少要用_______N的力拉绳。
(2)如图6,人站在吊篮中至少要用_______N的力拉绳。
【分析】(1)取动滑轮和吊篮整体为研究对象,分析受力如图7(两股绳子向上拉着动滑轮和吊篮整体)。由于匀速吊起有 2F=C篮,F=350N。
(2)取动滑轮、吊篮和人整体为研究对象分析受力如图8(有三股绳子向上拉着动滑轮、吊篮和人整体)。由于匀速吊起有 3F=G人+C篮,F=400N。 【答案】350N,400N。
二、四步法 如何根据要求设计滑轮组,采用以下介绍的“四步法”比较简捷。 第一步 确定吊起动滑轮的绳子段数。 确定吊起动滑轮的绳子段数n的方法有两种:①利用物重G与动力F的比值G/F来确定;②利用动力作用点(或绳子自由端)移动的距离S与重物(或阻力作用点)移动的距离h的比值S/h来确定。但无论采用哪种方法确定,吊起动滑轮的绳子段数n都应为整数,若n不为整数,在取值时应按“只入不舍”的方法取成整数。 第二步 确定定滑轮和动滑轮的个数。 (1)根据绳子股数(n)推算出动滑轮的个数(n动);当n为偶数时,n动=n/2;当n为奇数时,n动=(n-1)/2。(2)再根据绳子股数及拉力方向推算出定滑轮的个数(n定),当拉力方向与物体提升方向相同时,n为奇数,则n定=n动,n为偶数,则 ;当拉力方向与物体提升方向相反时,n为奇数,则 ,n为偶数,则 。 第三步:确定绳头固定端的位置。 绳头固定端的位置可用“奇动偶定”的方法来确定,即若n为奇数时,则固定端拴在动滑轮上;若n为偶数时,则固定端拴在定滑轮上。 第四步 穿绕绳索。 固定端确定后,将绳子从里向外,逐个绕在滑轮上,每个滑轮上只能穿绕绳子一次,不能交叉重复。 【例1】 一位同学站在地面上,要利用滑轮组提升重物,已知物重1000N,而绳子最多只能承受400N的拉力,请你帮他画出符合要求的绳子绕法。(动滑轮重和摩擦不计) 【解析】由题意可知,拉力F=400N,物重G=1000N,且要求改变用力方向。 (1)吊起动滑轮的绳子段数
取n=3段。 (2)因为n为奇数,所以动滑轮的个数
又拉力方向与物体提升方向相反,所以定滑轮的个数
(3)绳头固定端拴在动滑轮上。 (4)穿线以序号1-2-3的次序依次经过定滑轮和动滑轮绕绳,如图1所示。
图1
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