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摩擦力的突变问题 目标要求 1.知道摩擦力突变的几种情况。2.会分析计算突变前后摩擦力的大小和方向。 分析摩擦力突变问题的方法 1.在涉及摩擦力的情况中，题目中出现“最大”“最小”或“刚好”等关键词时，一般隐藏着摩擦力突变 的临界问题。题意中某个物理量在变化过程中发生突变，可能导致摩擦力突变，则该物理量突变时的状态 即为临界状态。 2.存在静摩擦力的情景中，物体由相对静止变为相对运动，或者由相对运动变为相对静止，或者受力情况 发生突变，往往是摩擦力突变问题的临界状态。 3.确定各阶段摩擦力的性质和受力情况，做好各阶段摩擦力的分析。 1.“静—静”突变 物体在静摩擦力和其他力的共同作用下处于相对静止状态，当作用在物体上的除摩擦力以外其他力的合力 发生变化时，如果物体仍然保持相对静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。 例1 (2024·山东泰安市期中)如图所示，水平地面上有重力均为40 N 的A、B 两木块，它们之间夹有 被压缩了2.0 cm 的水平轻质弹簧，已知弹簧的劲度系数k＝400 N/m，两木块与水平地面间的动摩擦因 数均为0.25，系统处于静止状态。现用F＝10 N 的水平力推木块B，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦 力，则力F 作用后( ) A.木块A 所受静摩擦力大小为10 N B.木块B 所受静摩擦力大小为2.0 N C.木块B 所受静摩擦力为0 D.弹簧的压缩量变为2.5 cm 2.“静—动”突变 物体在静摩擦力和其他力共同作用下处于相对静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持相对静止状 态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力。 例2 (2024·山东聊城市期末)某同学利用如图甲所示的装置研究摩擦力的变化情况。水平光滑的实验 台上固定着一个力传感器，力传感器与一质量为3.5 kg 的物块用水平轻绳连接，物块放置在粗糙的长 木板上。水平向左拉长木板，力传感器记录的F－t 图像如图乙所示。重力加速度大小g 取10 m/s2，下 列说法正确的是( ) A.当长木板相对物块滑动后，必须向左做匀速直线运动 B.向左拉长木板的力的大小与时间的关系图线和图乙中的曲线一定相同 C.物块受到的滑动摩擦力大小约为10 N D.物块与长木板间的动摩擦因数约为0.2 3.“动—静”突变 在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动 摩擦力“突变”为静摩擦力。 例3 把一重力为G 的物体，用一个水平的推力F＝kt(k 为大于0 的恒量，t 为时间)压在竖直的足够高 的平整墙面上(如图)，从t＝0 开始，物体所受的摩擦力Ff随t 的变化关系是( ) 4.“动—动”突变 物体在滑动摩擦力作用下运动直到达到共同速度后，如果在静摩擦力作用下不能保持相对静止，则物体将 继续受滑动摩擦力作用，但其方向发生改变。 例4 (多选)(2025·山东菏泽市校考)如图甲所示，倾斜的传送带正以恒定速率v1沿顺时针方向转动， 传送带的倾角为37°，一煤块以初速度v0沿传送带向上从传送带的底端冲上传送带，其运动的v－t 图像 如图乙所示，煤块运动到传送带顶端时速度恰好为零，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s2，则( ) A.传送带的速度为4 m/s B.传送带底端到顶端的距离为14 m C.v0<v1 D.煤块在0~1 s 和1~2 s 所受摩擦力方向相反 1.静摩擦力是被动力，其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值。存在静 摩擦力的连接系统，相对滑动与相对静止的临界状态是静摩擦力达到最大值。 2.滑动摩擦力的突变问题：滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比，发 生相对运动的物体，如果接触面的动摩擦因数发生变化或接触面受到的正压力发生变化，则滑动摩擦力就 会发生变化。 3.研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质发生变化的 分界点。 1. (2024·山东青岛市校考)如图所示，一木箱放在水平地面上，现对木箱施加一斜向上的拉力F，保持 拉力的方向不变，在拉力F 的大小由零逐渐增大的过程中。关于摩擦力Ff的大小随拉力F 的变化关系， 下列选项图可能正确的是( ) 2.(多选)如图所示，用水平力F 拉着一物体在水平地面上做匀速直线运动，从t＝0 时刻起水平力F 的大 小随时间均匀减小，到t1时刻，F 减小为零。物体所受的摩擦力Ff随时间t 变化的图像可能是( ) 3.如图所示，斜面固定在水平地面上，倾角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。质量为1 kg 的滑块以初 速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.7)，则该滑块所受 摩擦力Ff随时间变化的图像是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取初速度v0的方向为正方向，g 取10 m/s2)( ) 4.(多选)如图所示，一质量为m 的物块在倾角θ＝60°的粗糙斜面上，用一个与斜面底边平行的力F＝ mg 2 (g 为重力加速度)作用在物块上，该物块保持静止，则下列说法正确的是( ) A.该物块受到的摩擦力大小为√3 2 mg B.该物块受到的摩擦力大小为mg C.若撤掉该外力F，此物块可能发生滑动 D.若撤掉该外力F，此物块仍静止不动 答案精析 例1 B [力F 作用后，假设木块B 仍静止，对木块B 受力分析可知，在水平方向上受到水平向右的弹力 及向左的推力，设B 所受摩擦力方向水平向右，根据平衡条件可知，F＝F 弹+FfB，根据胡克定律可知F 弹 ＝kΔx＝400×2.0×10－2 N＝8 N，解得FfB＝2.0 N<FfmB＝μGB＝10 N，假设成立，故B 正确，C 错误；木块 B 静止，弹簧压缩量保持不变，木块A 受力情况不变，仍保持静止状态，故FfA＝F 弹＝8 N，故A、D 错 误。] 例2 D [分析可知开始时物块受到静摩擦力作用，后长木板与物块间发生相对滑动，此时物块受到的是 滑动摩擦力，大小与长木板是否匀速运动无关，A 错误；当长木板相对物块滑动前，根据平衡条件可知拉 力随时间的变化关系和题图乙相同，但相对滑动后，拉力的大小与物块受到的摩擦力大小不一定相等，拉 力大小与力传感器中的力不一定相等，B 错误；根据题图乙可知，物块受到的最大静摩擦力约为10 N，滑 动摩擦力约为7 N，C 错误；根据滑动摩擦力公式Ff＝μFN，解得μ＝ Ff F N ＝Ff mg≈0.2，D 正确。] 例3 B [推力F＝FN＝kt，开始物体沿墙面竖直向下滑动，Ff＝μFN＝μkt 为正比例函数，当Ff增大到大于 G 时，物体开始做减速运动，Ff继续增大，当速度减为零时，物体静止，此时摩擦力为静摩擦力，大小等 于物体的重力且不再变化，故B 正确。] 例4 AD [根据题图乙可知，1 s 时刻，煤块的加速度发生突变，可知此时煤块的速度与传送带的速度相 等，即传送带的速度v1＝4 m/s，而煤块的初速度v0＝12 m/s，故A 正确，C 错误；煤块在0~1 s 和1~2 s 加 速度不等，可知0~1 s 内，摩擦力方向沿传送带向下，1~2 s 摩擦力方向沿传送带向上，故D 正确；根据题 意可知，煤块的总位移与传送带底端到顶端的距离相等，即等于v－t 图像与时间轴所围图形的面积，则L ＝(12+ 4)×1 2 m+4×(2-1) 2 m＝10 m，故B 错误。] 跟踪训练 1.B [设F 与水平方向的夹角为θ，木箱处于静止状态时，根据平衡条件得，木箱所受的静摩擦力为Ff＝ Fcos θ，F 增大，Ff增大；当拉力达到一定值时，木箱运动瞬间，静摩擦力变为滑动摩擦力，由于最大静 摩擦力略大于滑动摩擦力，故摩擦力有个突然减小的过程；木箱运动时，所受的支持力FN＝G－Fsin θ，F 增大，FN减小，此时木箱受到的是滑动摩擦力，大小为Ff＝μFN，FN减小，则Ff减小，故B 正确，A、C、 D 错误。] 2.AD [由题意可知，开始物体做匀速直线运动，拉力等于滑动摩擦力，从t＝0 时刻，拉力F 开始均匀减 小，t1时刻拉力减小为零，出现的摩擦力有两种可能，一种是当拉力为零时，物体仍在滑动，则受到的一 直是滑动摩擦力，即大小不变，A 正确；另一种是当拉力为零前，物体已静止，则物体先受到滑动摩擦力， 后受到静摩擦力，滑动摩擦力大小不变，静摩擦力的大小与拉力相等，而此时拉力小于滑动摩擦力大小， D 正确，B、C 错误。] 3.C [滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用，由Ff＝μFN和FN＝mgcos θ，联立解得Ff＝5.6 N，方向沿斜面 向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsin θ>μmgcos θ，滑块下滑，滑块所受的滑动摩擦力大 小不变，方向沿斜面向上，故C 项正确。] 4.BD [对物块受力分析，如图所示，在斜面内根据平衡条件，则有Ff＝√F 2+(mgsinθ) 2＝mg，故A 错误， B 正确；当撤去外力之后，只需要沿斜面向上且大小为√3 2 mg 的摩擦力就可以使物块平衡，故此物块仍静 止不动，故C 错误，D 正确。 ]
