今年高考,小心“摩擦角”

点赞:2989 浏览:7763 近期更新时间:2024-02-11 作者:网友分享原创网站原创

新课标对教学的要求是要注重培养学生的能力,要贴近生活、引导科学,更好的为生产怎么写作.要多注意挖掘身边与教学相关的例子,这样能更生动、更有力激发学生的学习兴趣,改善物理学习环境.而“高考”作为教学的指挥棒,必然在这方面有所体现.从目前的江苏省各大市“一模”试卷中不难看出,“摩擦角”正从“高中物理竞赛”走向“高考物理试卷”,今年高考,小心“摩擦角”!

什么是“摩擦角”呢?这个概念是从工程力学上引用来的,如图1所示,当物体处于滑动的临界状态时,静摩擦力f达到最大值fmax,此时FR(全反力)与N的夹角也最大,此时的m称为“静摩擦角”.由图1可见tanm等于fmaxN等于μNN等于μ.即静摩擦角的正切值等于静摩擦因数.在高中物理上,如果物体恰好能从粗糙斜面上匀速下滑,此时斜面的倾角称为“动摩擦角”,设动摩擦角为θ,则μ动等于tanθ.即:动摩擦角的正切值等于动摩擦因数;如果物体恰好处于滑动的临界状态时,静摩擦力达到最大值,此时斜面的倾角称为“静摩擦角”,设静摩擦角为α,则μ静等于tanα,即:静摩擦角的正切值等于静摩擦因数.由于在同种情况下,最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,所以,“静摩擦角”略大于“动摩擦角”.高中物理教材上长期以来都是在定量上认为二者大小相等,而在定性上几乎不做要求,面对目前的新课程要求,这个惯例很有可能将被打破,请看下面两道在各地“一模”试卷上出现的试题.


题1用如图2甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律,为消除摩擦力的影响,实验前必须平衡摩擦力.

今年高考,小心“摩擦角”参考属性评定
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(1)某同学平衡摩擦力时是这样操作的:将小车静止地放在水平长木板上,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,如图乙,直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止.请问这位同学的操作是否正确?如果不正确,应当如何进行?

(2)如果这位同学先如(1)中的操作,然后不断改变对小车的拉力F,他得到M(小车质量)保持不变情况下的a-F图线是图3中的哪一个?

第三小问(略).

解析(1)用此实验装置来验证牛顿第二定律,必须要弄明白两个问题:1.“平衡摩擦力”平衡的是什么摩擦力?2.“平衡摩擦力”是用什么力来平衡的?我们知道“平衡摩擦力”是用小车的“重力沿斜面向下的分力”来平衡的“滑动摩擦力”,而此题中“直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止”这句话告诉了我们该同学是用重力的分力来平衡的是最大静摩擦力,即:此时斜面的倾角是“静摩擦角”而不是“动摩擦角”.

答:该同学的操作不正确,应给小车一个初速度,使小车匀速下滑(通过打点计时器打出的纸带上的点分布均匀来判断)

(2)如果这位同学如(1)中的操作,因为“静摩擦角”大于“动摩擦角”,所以该同学“平衡摩擦力过头了”,也就是斜面倾角过大了,导致小车不挂沙桶时也会产生加速度而匀加速下滑,故选C.

题2如图4所示,作用于轻绳端点A竖直向下的拉力通过跨在光滑小滑轮的轻绳拉一处在较远处的物体(初始位置绳与水平方向的夹角很小),使物体沿水平面向右匀速滑动,在此过程中

A.绳端A的速度逐渐减小

B.绳端A的速度逐渐增大

C.绳端拉力F逐渐增大

D.绳端拉力F的功率逐渐减小

解析①,将物体的实际速度正交分解如图5所示,则v绳等于vcosθ,因为“初始位置绳与水平方向的夹角很小”,故“物体沿水平面向右匀速滑动”时,θ角增大,cosθ减小,而v不变,所以v绳等于vcosθ减小,可见:选项A对、B错.

②对物体受力分析如图6所示,因物体受到四个力“沿水平面向右匀速滑动”,属于四力动态平衡问题,若将支持力N和滑动摩擦力f动两个力合成为一个力,就可以把四力动态平衡问题转化为常见的“三力动态平衡问题”,无论N和f动如何变化,导致这两个力的合力F′大小如何变化,但F′与竖直方向的夹角始终不变,就是此题的“动摩擦角”.这样一来,问题顿时简化,利用三力动态平衡知识可得:F′方向不变,只有当F与F′垂直时F最小,最小值等于mgsin,由于“初始位置绳与水平方向的夹角很小”,故拉力F先减小后增大,选项C错误.

③由于绳端拉力F作用在A点是恒力,但A点速度是变速的;物体是匀速的,但间接作用在物体上又是变力,故不方便用功率的定义求解.对物体用“动能定理”分析可知,绳端拉力F对物体做功的功率与摩擦力对物体做功的功率大小相等,还是由②中“三力平衡”和“动摩擦角”知识可知,当F先减小后增大时,F′始终减小,因为“动摩擦角”恒定,故N和f动同时减小,故摩擦力对物体做功的功率逐渐减小,进一步得到绳端拉力F的功率逐渐减小,故选项D正确.

在高中引入“摩擦角”的概念可以使受力分析减少一个力,在处理静力学平衡的自锁现象时很有用.像题1,这个实验是高中的重点试验,也不断的做过、讲过,但是通过考查,此题的正确率实在不容乐观,而题2就更是惨不忍睹!不要说学生不会做,甚至连很多老师都不会做,在进行试卷评讲时,笔者就亲眼目睹了一些老师是用数学上三角函数求极值的很繁琐的方法,试想:一道选择题,仅仅4分,却比一道压轴的计算题用时还多,正常吗?过去常说“从高考到竞赛”,而现在一些原本出现在竞赛卷上的试题却走向了高考,作为高中老师,如果没有“从高考到竞赛”再到“从竞赛到高考”,遇到这种情形还真的是!