摩擦力的三類“突變”

孫飛

一、“靜——靜”突變

靜摩擦力為被動力，當(dāng)物體的受力情況發(fā)生變化時，其運動趨勢方向可能發(fā)生突變，靜摩擦力的方向也隨之發(fā)生突變，而突變的時刻往往發(fā)生在靜摩擦力為零的時刻.

例1 興趣課堂上，某同學(xué)將完全相同的甲、乙兩個條形磁鐵水平放在粗糙的水平木板上（Ⅳ極正對），如圖1所示，并緩慢抬高木板的右端至傾角為θ，這一過程中兩磁鐵均保持靜止?fàn)顟B(tài).請對該同學(xué)提出的說法進行分析，其中正確的是 （）

A.甲受到的摩擦力相對木板的方向可能發(fā)生變化

B.乙受到的摩擦力相對木板的方向可能發(fā)生變化

C.繼續(xù)增大傾角，甲、乙將會同時發(fā)生滑動

D.若減小甲乙間距，重復(fù)上述過程，增大傾角時乙會先發(fā)生向上滑動

解析 因兩條形磁鐵Ⅳ極正對，相互排斥，在θ較小時，乙有沿斜面向上運動的趨勢，且隨θ的增大，乙所受的摩擦力沿斜面向下逐漸減小，可能出現(xiàn)反向增大的情況；而甲一定具有沿斜面向下運動的趨勢，且隨θ的增大，甲所受摩擦力增大，不可能出現(xiàn)摩擦力方向變化的情況，故A錯誤，B正確；增大傾角θ或減小甲乙間距時，最易發(fā)生相對滑動的為甲，故C、D均錯誤.

答案B

二、“靜——動”突變

靜摩擦力的大小變化范圍滿足：0< F_f≤F_fm，假設(shè)物體間不發(fā)生相對滑動，靜摩擦力超出該范圍，則物體間的相對運動趨勢將突變?yōu)橄鄬\動，同時摩擦力由靜摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ浯笮⒆裱篎_f=μF_N.

例2 將力傳感器A固定在光滑水平桌面上，測力端通過輕質(zhì)水平細(xì)繩與滑塊m相連，滑塊放在較長的小車上，如圖2甲所示.傳感器與計算機相連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律.

一水平輕質(zhì)細(xì)繩跨過光滑的定滑輪，一端連接小車，另一端系砂桶，整個裝置開始處于靜止?fàn)顟B(tài).在滑塊與小車分離前向砂桶里緩慢倒入細(xì)砂，力傳感器采集的F-t圖象如圖乙所示.則 （）

A.2.5 s前小車做變加速運動

B.2.5 s后小車做變加速運動

C.2.5 s前小車所受摩擦力不變

D.2.5 s后小車所受摩擦力不變

解析 由圖乙可知，2.5 s前，隨砂桶拉力的增大，滑塊和小車之間的靜摩擦力增大.在2.5 s時，滑塊和小車之間的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力，所以2.5 s前小車一直靜止，A、C錯誤.2.5 s后，隨砂桶拉力增大，滑塊和小車之間的摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，且保持不變，砂桶拉力增大，小車所受合力增大，即加速度逐漸增大，B、D正確，

答案 BD

三、“動——靜”突變

當(dāng)物體間的摩擦力由滑動摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力時，摩擦力的大小所遵循的規(guī)律也發(fā)生了突變.

例3 把一重為G的物體，用一個水平的推力F=kt（k為恒量，t為時間）壓在豎直的足夠高的平整的墻上（如圖3），從t=0開始物體所受的摩擦力F_f隨的關(guān)系是下圖中的哪一個 （）