高中物理摩擦力的知识点分析

高中物理摩擦力的知识点分析
摩擦力的概念
高中物理课本必修一的第57页有摩擦力的如下定义：
两个相互接触的物体，当他们之间有相对运动或相对运动趋势的时候，就会在其接触面上产
生阻碍其相对滑动的力，这种力叫做摩擦力。
广义地物体在液体和气体中运动时也受到摩擦力。摩擦力是我们身边非常重要的一个力。
没有摩擦力的世界是“惨不忍睹”的：一走路就摔跟头，话鞋带无法系紧，螺丝钉和钉子无法
固定物体……当然，我们也不能认为摩擦力都是有益的，比如工业上机械部件中轴承的摩擦
和汽车气缸内的摩擦等，都是有害的。
摩擦力的产生条件
摩擦力的产生条件为：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的
趋势。这四个条件缺一不可，两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件而非充要条
件。也就是说：没有弹力就不可能有摩擦力，但有弹力不一定就一定有摩擦力。
以上虽是课本上非常重要的摩擦力概念的理解，但却不是高考物理重点内容。高考的重点和
难点在于探讨摩擦力的分类和方向的判定。从分类来看，摩擦力可以分为滑动摩擦力和静摩
擦力两种。
滑动摩擦力
摩擦力的分类中，如果发生相对滑动，则为滑动摩擦力;反之，则为静摩擦。下面我们先来
分析滑动摩擦力的大小。
滑动摩擦力的大小必须要用公式f=μN来计算。
(1)在接触力中，必须先分析两个物体间弹力N，再分析摩擦力的大小。
(2)有滑动摩擦力的时候才能用公式f=μN，其中的N表示物体间的压力大小，不一定等于物
体重力G。只有在水平面上N才有可能与重力mg一致。
静摩擦力
两者之间只有运动趋势，而没有相对运动情况的摩擦力称之为静摩擦力。
(1)必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律f=μN计算。严格来说，其值略大于滑动摩
擦力。但在大多数的试题中往往给出这样的条件：静摩擦力的值等于滑动摩擦力，即fm=μN。
(2)静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定(“被动性质的力”)，其可能的
取值范围是：0
判断摩擦力是静摩擦还是滑动摩擦的讨论
很多时候，对于一道涉及摩擦力的综合力学题来说，我们无法根据题意立刻判断出是静摩擦
还是滑动摩擦。
这个时候，解题的第一步就是判定摩擦力的性质。这一步走不好，后面无法进行。
首先假设是静摩擦，两者是整体，求整体的加速度。在用单独一个物体(往往是分析仅受摩
擦力的物体)的静摩擦力(这个时候往往题目告知是滑动摩擦力)，是否能够提供此加速度。
1，如果可以，假设成立，两者之间是静摩擦力。
2，如果假设不成立，则必然是滑动摩擦力。
这是高一上学期讲得知识，希望大家不要认为我上面的分析是废话。笔者非常负责人地告诉
你，很多时候高三的孩子在这里复习的时候都有问题。
就像本文的标题那样，在力学难题中分析就不是那么简单了。可能，这个题目中摩擦力(动
还是静是未知的)可能仅仅是4、5个力(甚至更多)中的一个。这个时候的判断就非常复杂，
需要通过上面的过程严格一步一步来冷静思考。
摩擦力方向的判定
摩擦力的方向判定有两个方法，一个是书本上面的定义。即：摩擦力的方向总是阻碍运动方
向或运动趋势(方向)。
另外一个就是假设法。
假设界面是绝对光滑，那么会出现什么样的情况，而这种情况与常规事实(或题意)不符;借此
(摩擦力为“事实”提供动力)来判定摩擦力的方向。
这种假设法对静摩擦和滑动摩擦都成立。
高中物理力学中的摩擦力是一个难点，尤其是和电磁学结合的时候，涉及到由静摩擦转化为
滑动摩擦力的临界问题分析。
摩擦力做功的特点
摩擦力做功是比较复杂的，同学们可以到物理网视频区看我们的视频，有专门的视频讲解。
下面我们物理网编辑总结了一些重要的结论，同学们可以自己推导下。
一、静摩擦力做功的特点
1.静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。
2.在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用)，而
没有机械能转化为其他形式的能。
3.相互作用的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零。
二、滑动摩擦力做功的特点
1.滑动摩擦力可以不做功
若相对运动的两物体之一对地面静止，则滑动摩擦力对该物体不做功。
2.滑动摩擦力可以做正功
如货车车厢内放一木箱，货车突然加速，木箱相对货车向后滑动，但相对地面向前运动，则
货车对木箱的滑动摩擦力做正功。
3.滑动摩擦力可以做负功
上例中木箱对货车的滑动摩擦力对货车做负功。
4. 相互作用的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总不为零，其绝对值恰等于滑动摩擦力与
相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能。
5.一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能
的转移;二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积。
高中物理关于功率的知识点
功率的概念
功率是描述做功快慢的物理量。功率指的是单位时间内力做的功。
功率的单位是瓦特(w)，日常生活生产中也常用千瓦(kw)来作功率单位。注意功率的单位与
功的单位的区别，功率的单位是瓦或千瓦，而能量的单位是焦耳，也用千瓦▪时来表
述，我们日常生活中的一度电就是一千瓦▪时的意思。
功率的公式
功率是描述做功快慢的物理量，功率的定义式：P=W/t ，当t不是无穷小量时，公式所求出
的功率是时间t内的平均功率。当△t是一个非常小的数值，P=△W/△t 就可以代表这个时
刻的瞬时速度。
力学研究的功率与电学研究的功率有很大的不同之处，我们在这里分类做个讨论，如下：
(1)力学中功率的公式
功率的另一个计算式：P=Fvcosθ，其中θ是力与速度间的夹角。该公式有两种用法：
①求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的P为F在该
时刻的瞬时功率;
②当v为某段位移(时间)内的平均速度时，则要求这段位移(时间)内F必须为恒力，对应的
P为F在该段时间内的平均功率。
重力的功率可表示为P=mgvcosθ，即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度
之积。
我们如上讨论的是力学 中的功率，下面分析电学中的功率。
(2)电学中功率的公式
电功率的计算公式，用电压乘以电流，这个公式是电功率的定义式，永远正确，适用于任何
情况。
电学功率的基本公式：P=U*I;我们下面在基本公式基础上做推导。
推导1：纯电阻电路中电功率的表达式
当电路为纯电阻电路，即电路中只有电阻，只是把电能转化为热能时，还可以用欧姆定律做
转化。
P=U^2/R=I^2*R;
推导2：电动机电功率的计算
非纯电阻电路中的功率计算，以电动机功率作介绍。电动机的总功率转化为两部分，一部分
是自己内部消耗掉的热功率，一部分是向外界传输的机械功率，可以表达为这个公式：
P总=I^2*r+P机;
注意，焦耳热功率只有这一个表达式，因为是非纯电阻电路，因此不能用欧姆定律进行代换。
推导3：功率在动能定理上的应用
动能定理的内容：合外力的功等于动能的该变量。
动能定理的公式为：
W合=△Ek;
对功率恒定的做功过程，我们还可以表述为：
Pt=△Ek;