訣竅:先狀態,後受力,勻速靜止平衡力。
淺釋:關於摩擦力與影象綜合的題目,解答思路是:先根據運**像判定物體的運動狀態——靜止、勻速直線運動、加速或減速,然後再由二力平衡的知識判斷物體所受力的關係。
詳解:摩擦力知識是中考的重點,也是學生學習的難點。而摩擦力與影象的數理結合的題目,又是近年來中考命題的熱點。
然而,不少同學看到這類題就不知如何下手。其實,只要抓住這類題目的特點並不難。
這類題的特點,往往是給出「情景圖」、「f-t影象」和「υ-t影象」。
要正確解答這類題,通常是先根據運**像(υ-t影象),首先判定物體的運動狀態是靜止還是勻速,再看加速、減速,這是解題的關鍵;然後再由二力平衡的條件,判斷物體所受力的關係。這裡還要用到乙個知識點,那就是影響滑動摩擦力大小的因素「壓力大小」和「接觸面的粗糙程度」,如果這兩個因素不變,那滑動摩擦力就不變。
特例:下面兩道題中,涉及到摩擦力與壓力大小和接觸面粗糙程度無關的情況。
例1圖例2圖
例1.如圖所示,體育課上體重50 kg的小明練習爬桿和爬繩。在小明沿杆勻速向上爬的過程中,他受到的摩擦力的方向向摩擦力的大小是_______n(g=10n/kg);若小明在沿比桿粗糙的繩勻速下滑,其沿繩受到的摩擦力為f繩、沿杆受到的摩擦力為f杆,則f繩_______f杆(選填「>」「<」或「=」)。
(答案:豎直向上;500;=)
例2.如圖所示,用6n的力握住總重為1.5 n的水杯靜止不動,水杯受到的重力與_______ (選填序號「a」或「b」a.
手對杯子的握力;b.手對杯子的摩擦力)是一對平衡力。如果將手的握力增大到8n,手與水杯之間摩擦力的大小將________(選填「變大」「變小」或「不變」)。
如果將水杯總重增加到2 n,手握住水杯,仍然保持靜止不動,那麼手與水杯之間摩擦力的大小是_______n。(答案:b;不變;2)
另外,這類題還常常跟功、功率、壓強、浮力等聯絡在一起,但解題思路總是先考慮運動情況,再根據運動狀態分析力的關係。
例題:例1.如圖甲所示,放在水平地面上的物體,受到方向不變的水平推力f的作用,f的大小與時間t的關係和物體運動速度υ與時間t的關係如圖乙所示。
由圖象可知當t=1s時,物體處於______狀態,物體受到的摩擦力為_______n;t=5s時,物體受到的摩擦力________(大於/等於/小於)推力,判斷的依據是當t=3s時,物體受到的摩擦力為_______n。
解析:(1)從圖乙中可以看出,t=1s時物體的速度為0,所以物體處於靜止狀態,此時推力f=1n,由平衡條件得:摩擦力f=f=1n;
(2)從圖乙的υ-t影象上可以看出物體在4s-6s之間以4m/s的速度做勻速直線運動,處於平衡狀態,推力與摩擦力是一對平衡力,它們相等,從圖乙中的f-t影象上可以看出,此時水平推力f=2n,根據二力平衡,此時的摩擦力f=2n;
(3)由圖乙的υ-t影象可知,t=3s時,物體在做加速直線運動,物體受到滑動摩擦力作用,由於物體與地面間的壓力不變、接觸面的粗糙程度不變,因此物體受到的滑動摩擦力不變,為2n。
答案:靜止;1;2;等於;物體做勻速直線運動;2。
例2.如圖甲所示,放在水平地面上的物體受到方向不變的水平推力f的作用,f的大小與時間t的關係和物體運動速度υ與時間t的關係如圖乙和丙所示。由影象可知,當t=1s時,物體處於_______(選填「加速」、「勻速」或「減速」)狀態;當t=3s時,物體受到的摩擦力為_______n;當t=5s時,物體受到的摩擦力為_______n;物體在整個過程中通過的路程為_______m。
解析:由圖丙的υ-t圖為契機可以可出,在0-2s內,物體的速度隨時間均勻增加,物體做加速運動。因此,當t=1s時,物體處於加速狀態;
由圖丙υ-t影象可知,2s-4s內做勻速直線運動,處於平衡狀態,由二力平衡條件可知,物體所受到的摩擦力f與推力f是一對平衡力,即f=f;
由圖乙的f-t影象可知,在2s-4s內,推力f=2n,物體所受到的摩擦力f=f=2n;
物體與地面間的摩擦力是由物體與地面的接觸面的粗糙程度以及壓力的大小決定的,與物體的運動狀態無關,物體在t=5s時與在t=3s時,物體與地面間的接觸面、物體與地面間的壓力不變,因此t=5s時摩擦力與t=3s時摩擦力相同,為2n;
由υ-t影象的意義可知,υ-t影象中,影象與橫軸所圍圖形的「面積」即為物體通過的路程,因此,整個過程中,物體通過的路程為:。
答案:加速;2;2;10。
練習:1.如圖所示,放在水平地面上的物體,受到方向不變的水平推力f的作用,f的大小與時間t的關係、物體的運動速度υ與時間t的關係如圖所示,由影象可知t=1s時,物體處於________狀態;t=3s時,物體所受的摩擦力為_______n;t=5s時,物體所受的摩擦力為_______n;若第2s到第4s移動的距離是4m,則第2s到第6s這段時間內的平均速度是_______m/s。
2.(2015福建泉州)在水平地面上有一長方體木箱。小林用水平推力f把木箱向前推動,如圖甲所示。
此過程中,推力f隨時間t的變化情況如圖乙所示,木塊前進的速度υ的大小隨時間t的變化情況如圖丙所示,則從3s至5s內,推力對木塊所做的功_______j,第2秒木箱受到的合力為_______n。
3.如圖甲,放在水平地面上的物體,受到方向不變的水平拉力f,f的大小與時間t的關係如圖乙,物體運動速度υ與時間t的關係如圖丙,由影象可知,當t=1s時,物體受到的摩擦力為_______n;當t=3s時,物體受到的摩擦力為_______n,合力為_______n;當t=5s時,物體受到的合力為_______n。
4.(2017·瀘州)如圖甲是消防隊員小王進行爬桿訓練的示意圖,在某次爬桿訓練中,小王沿杆豎直向上運動的υ(速度)-t(時間)影象如圖乙所示,下列判斷正確的是( )
a.0至6s時間內,小王沿杆勻速向上運動
b.6s-15s時間內,小王沿杆上爬的距離是5.4m
c.0至18s時間內,小王受到的摩擦力方向向下
d.15s至18s時間內,小王受到的摩擦力大小等於重力大小
5.(2015·廣西桂林市)小明經常與同學進行爬桿比賽,如圖甲所示,在某次比賽中,小明向上爬的「速度-時間」影象如圖乙所示,但他所受「摩擦力-時間」影象漏畫了一部分,如圖丙所示,若將之補充完整,應是圖中的( )
參***:
1.解析:由乙圖知:0-2s時物體的速度大小為零;則當t=1s時物體處於靜止狀態;
由乙圖知:4~6s時,物體勻速運動,即摩擦力與f為一對平衡力,由圖可知,此時的摩擦力f=f=2n;
2~4s之間,物體加速運動,但由於影響摩擦力大小的因素沒有改變,所以摩擦力大小仍為2n。
由圖乙知,4至6s的速度υ=4m/s,由υ=s/t得,s=υt=4m/s×2s=8m
所以2~6s:(4m+8m)/4s之間的平均速度υ′=s′/t′=(4m+8m)/4s=3m/s
答案:靜止;2;2;3。
2.解析:由丙圖知:
從3-5s內推力f使木箱做勻速直線運動,速度υ=1.0m/s,此時摩擦力f與f為一對平衡力,由乙圖可知,此時的摩擦力f=f=200n;而木箱前進在3-5s內前進的距離,由υ=s/t得,s=υt=1.0m/s×2s=2m。
所以,推力對木做功:w=fs=200n×2m=400j。
1-3s內木箱做加速運動,但由於影響摩擦力大小的因素沒有改變,所以摩擦力大小仍為200n,但此時的推力為300n。所以第2s木箱受到的合力:f合=f-f=300n-200n=100n
答案:400j;100n。
3.分析:(1)對丙影象進行分析可以看出,在各時間段內物體的運動情況;
(2)對物體進行受力分析,由乙影象求出各時刻物體所受到的拉力f;由丙影象判斷物體的運動狀態,根據物體的運動狀態,求出物體所受的摩擦力;
(3)當二力方向相同時,合力大小等於二力之和;方向相反時,合力等於二力之差。
解:(1)由丙影象可以看出,物體在0~2s的時間內,運動速度為零,所以物體處於靜止狀態;
(2)在乙影象中可以看出在0~2s的時間內,物體受的拉力為2n,物體在水平方向受水平的拉力f與摩擦力f作用,因為物體處於靜止狀態,所以它們是一對平衡力,大小相等,所以物體受的摩擦力f=f=2n;
(3)由影象丙知物體在2-4s內,速度逐漸增加,受的不是平衡力,此時拉力f1=6n,物體所受的摩擦力仍然是f=2n,因為影響摩擦力的因素沒變,故摩擦力不變,所以物體受的合力f=f1-f=6n-2n=4n;
(4)由影象丙知物體在4-6s內,速度不變,受的是平衡力,此時拉力f2=4n,物體所受的摩擦力仍然是f=2n,所以物體受的合力f=f2-f=4n-2n=2n。
答案:2;2;4;2。
點評:υ-t影象、f-t影象相結合,判斷出物體各段運動狀態,根據影象找出力的大小是本題的關鍵所在。
4.解:由題意知,人爬杆時受到了豎直向下的重力g和豎直向上的摩擦力f這兩個力的作用。由圖乙可知:
0-6s時間內,小王做加速向上運動,所以f>g,選項a錯誤。
6-15s時間內,小王做勻速直線運動,υ=0.6m/s,t=15s-6s=9s,由υ=s/t得小王上爬的距離:s=υt=0.
6m/s×9s=5.4m。此時受到的重力g和摩擦力f是一對平衡力。
故選項b正確。
0-18s時間內時間內,摩擦力方向仍然豎直向上,故選項c錯誤。
15-18s時間內, 小王做減速向上運動,f<g,故選項d錯誤。
故選b。
5.解:由題意知,人爬杆時受到了豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力這兩個力的作用,由圖乙可知:
0-t2時間內,人加速向上運動,所以f>g;
t1-t2時間內人在做勻速直線運動,所以人受到的重力和摩擦力是一對平衡力,即f=g,
t2-t3時間內人在減速向上運動,f<g;
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