高中物理第三章相互作用第3课时摩擦力教师用书新人教版必修1 13页

第3课时　摩擦力研究学考·明确要求]知识内容摩擦力考试要求必考加试cc基本要求1.知道静摩擦力的产生条件，会判断静摩擦力的方向。2．通过实验探究静摩擦力的大小，掌握静摩擦力的最大值及变化范围。3．知道滑动摩擦力的产生条件，会判断滑动摩擦力的方向。4．知道动摩擦因数无单位，了解动摩擦因数与哪些因素有关。5．会运用F＝μFN计算滑动摩擦力的大小。6．能用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向。7．能够分析生活中既常见又较简单的问题中的摩擦力。发展要求知道最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系。说明1.不要求引入静摩擦因数。2．不要求判断不在同一直线上做相对运动时的滑动摩擦力的方向。3．不要求了解滚动摩擦产生的原因。4．不要求掌握影响流体阻力大小的因素。基础梳理]1．定义：两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时产生的摩擦力叫做静摩擦力。2．静摩擦力产生的条件(1)物体相互接触且相互挤压。(2)接触面粗糙。(3)两物体间相对静止但有相对运动趋势。3．静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体间相对运动趋势的方向相反。4．静摩擦力的大小(1)静摩擦力的大小总随迫使物体发生相对运动的外力的变化而变化，与正压力大小无关(填“有关”或“无关”)。 (2)静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦力Fmax，静摩擦力的范围是0＜F≤Fmax。思考　(1)什么是“相对静止”？是静止吗？(2)如何理解“阻碍相对运动趋势”？(3)如图1中水平力F＝1N、2N、3N时物块没有运动，静摩擦力大小分别为多少？图1(4)什么是最大静摩擦力？答案　(1)“相对静止”有两层含义：一是两个物体都静止，二是两个物体都做方向相同、速度相同的运动。所以“相对静止”和“静止”是两个不同的概念。(2)静摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动趋势，并不是阻碍物体的运动。静摩擦力既可与物体的运动方向相同(动力)，也可与物体的运动方向相反。(阻力)。(3)1N　2N　3N(4)最大静摩擦力就是静摩擦力的最大值Fmax，其大小等于刚要发生相对运动时所需要的沿相对运动趋势方向的最小外力。典例精析]【例1】(2016·浙江衢州一中高一期末)某同学骑如图2所示的自行车上学时，地面对前轮的摩擦力为F1，对后轮的摩擦力为F2；推自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F3，对后轮的摩擦力为F4则(　　)图2A．F1与车前进方向相同B．F2与车前进方向相同C．F3与车前进方向相同D．F4与车前进方向相同解析　骑车前进时，后轮是主动轮，在它与地面接触处有相对地面向后滑的趋势，故受向前的摩擦力；前轮是从动轮，它在与地面接触处有相对于地面向前滑的趋势，故受向后的摩擦力。而推自行车前进时，地面对前后轮的摩擦力方向都向后，综上所述，F1向后，F2向前，F3和F4都向后。A、C、D错误，B正确。答案　B技巧点拨]　静摩擦力的有无及方向的判断方法(1)直接法：根据“静摩擦力与相对运动趋势方向相反”确定静摩擦力的方向。(2)假设法：假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动，从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向。 (3)平衡法：当物体受力处于平衡状态时，根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向。即学即练]1.如图3所示，物体放在水平桌面上，在水平方向上共受三个力作用，即F1、F2和摩擦力作用，物块处于静止状态，其中F1＝10N，F2＝2N，若撤去F1，物体仍静止不动，则物块受到的摩擦力是(　　)图3A．8N，方向向右B．8N，方向向左C．2N，方向向右D．2N，方向向左解析　在未撤去力之前，物体静摩擦力为8N，因此当撤掉F1，F2不足以推动物体，因此静摩擦力为2N，方向向右，C正确。答案　C基础梳理]1．定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。2．滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触且相互挤压。(2)接触面粗糙。(3)两物体间有相对运动。3．滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且与相对运动的方向相反。4．滑动摩擦力的大小滑动摩擦力的大小跟压力成正比。公式：F＝μFN，μ为动摩擦因数，取决于相互接触的两物体的材料和接触面的粗糙程度，与接触面的面积无关(填“有关”或“无关”)，与物体间相对运动的速度大小无关(填“有关”或“无关”)。5．最大静摩擦力和滑动摩擦力的关系：最大静摩擦力一般稍大于滑动摩擦力，但一般计算中可粗略地认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。思考　(1)如何理解“物体的相对运动方向”和“物体的运动方向”(2)跑步时，脚受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？方向如何？ 图4答案　(1)①“物体的运动方向”一般以地面为参考系而言；“物体的相对运动方向”是所研究的物体相对于其接触的物体而言。②滑动摩擦力的方向可能跟运动方向相反，也可能跟运动方向相同。即滑动摩擦力可以是阻力，也可以是动力。(2)跑步时，脚和地面接触的时间内，脚并没有和地面发生相对运动，因此脚受到的摩擦力为静摩擦力，方向和人的运动方向相同。典例精析]【例2】如图5所示，汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动，车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动。下列判断正确的是(　　)图5A．若v1v2，货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D．若v1>v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力解析　滑动摩擦力阻碍物体间的相对运动。若v1v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向左的滑动摩擦力，选项C、D错误。答案　B技巧点拨]　在判断滑动摩擦力方向时，弄清物体相对运动的方向是关键。其判断步骤如下： 即学即练]2.水平的皮带传输装置如图6所示，皮带的速度保持不变，物体被轻轻地放在A端皮带上，开始时物体在皮带上滑动，当它到达位置C后滑动停止，随后就随皮带一起匀速运动，直至传送到目的地B端，在传输过程中，该物体受摩擦力情况是(　　)图6①在AC段受水平向左的滑动摩擦力　②在AC段受水平向右的滑动摩擦力　③在CB段不受静摩擦力　④在CB段受水平向右的静摩擦力A．①③B．①④C．②③D．②④解析　在AC段物体相对皮带向左滑动，受水平向右的滑动摩擦力；在CB段物体没有相对皮带滑动，物体随皮带一起匀速运动，受到的是平衡力，如果有静摩擦力，则物体不可能处于平衡状态，所以不受静摩擦力。故②、③两项正确。故正确答案为C。答案　C典例精析]【例3】如图7所示，水平面上有一重为40N的物体，受到F1＝13N和F2＝6N的水平力的作用而保持静止。已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：图7(1)物体所受的摩擦力的大小与方向；(2)当只将F1撤去，物体受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，则物体受到的摩擦力大小和方向又如何？解析　最大静摩擦力Fmax＝Ff＝μG＝0.2×40N＝8N。(1)因为F1－F2Fmax，所以物体所受的摩擦力为滑动摩擦力，且Ff3＝μG＝8N，方向与相对运动方向相反，水平向右。答案　见解析技巧点拨]　摩擦力大小的计算计算摩擦力的大小之前，首先判断是滑动摩擦力还是静摩擦力。(1)滑动摩擦力大小F＝μFN，μ与F、FN均无关，只与接触面的性质有关，当物体匀速运动时，也可由二力平衡求解。(2)FN是两个相接触的物体间的压力，称为正压力(垂直于接触面的力)，性质上属于弹力。它不一定等于重力，FN的大小可以与重力G大小相等，也可以不相等。(3)动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定。(4)滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关。即学即练]3．重为50N的物体，在粗糙水平面上向右运动，物体和水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，同时物体还受到一个大小为10N、方向水平向左的水平拉力F作用，如图8所示，则水平面对物体的摩擦力的大小和方向是(　　)图8A．10N，水平向左B．20N，水平向左C．10N，水平向右D．20N，水平向右解析　物体对水平面的压力FN＝mg，所以所受滑动摩擦力大小为Ff＝μFN＝μmg＝0.2×50N＝10N，方向与相对滑动方向相反，水平向左。故选项A正确。答案　A1．关于弹力、摩擦力，以下说法正确的是(　　)A．两物体间如果存在弹力，一定同时存在摩擦力B．物体的弹性形变增大，弹力一定会随之增大C．增大两物体间的弹力，物体间的摩擦力也一定会相应增加D．同一接触面间产生的弹力和摩擦力，方向可以不垂直解析　根据摩擦力产生条件之一需要物体间有正压力，所以有摩擦力必有弹力，而有弹力时未必有摩擦力，故A错误；物体由于发生弹性形变而具有的力叫弹力，物体在一定范围内形变越大，弹力一定随之增大，故B正确；弹力增大，摩擦力不一定增大。因为弹力 增大，滑动摩擦力一定增大，而静摩擦力则不一定增大，故C错误；弹力的方向垂直于接触面，而摩擦力的方向与接触面相切，所以两力方向一定垂直，故D错误。答案　B2．(2016·金华高一检测)下列有关摩擦力的说法正确的是(　　)A．一个物体静止在另一个物体的表面上，它们之间一定有静摩擦力B．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反C．摩擦力可以是阻力也可以是动力D．由公式μ＝可以看出μ与F成正比，与FN成反比解析　根据静摩擦力的产生条件知，A错；滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，与运动方向可能相同，B错；摩擦力既可能是动力，也可能是阻力，C对；μ仅由接触物体的材料和接触面的粗糙程度决定，与其他因素无关，D错。答案　C3．(2015～2016宁波高一月考)装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台上拖出，如图9所示，则在匀速拖出的过程中(　　)图9A．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，摩擦力逐渐减小B．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，拉力逐渐减小C．平台对材料的支持力逐渐减小，摩擦力逐渐减小D．材料与平台之间的动摩擦因数不变，支持力也不变，因而工人拉力也不变解析　匀速拉动的过程只能持续到重心离开台面的瞬间，物体的重心在台面上，故物体对台面的压力不变，故物体受到的支持力不变，C错误；而在拉动过程中动摩擦因数不变，由F＝μFN可知摩擦力是不变的，A、B错误；因为物体做匀速直线运动，摩擦力不变，所以工人的拉力是不变的，D正确。答案　D4．水平桌面上一重为200N的物体，与桌面间的动摩擦因数为0.2，当依次用15N、30N、80N的水平力拉此物体时，物体受到的摩擦力依次为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　)A．15N　30N　40NB．15N　30N　80NC．0　0　40ND．40N　40N　40N解析　物体的最大静摩擦力Fm＝μmg＝40N故F1＝15N＜Fm，物体受静摩擦力Ff1＝F1＝15N F2＝30N＜Fm，物体受静摩擦力Ff2＝F2＝30NF3＝80N＞Fm，物体受滑动摩擦力Ff3＝μmg＝40N，故A项正确。答案　A5．如图10所示，在研究摩擦力的实验中，用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块，小木块的运动状态及弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时，木块与桌面间的接触面相同)，则由下列分析可知(　　)图10实验次数小木块的运动状态弹簧测力计读数/N1静止0.42静止0.63直线加速0.74匀速直线0.55直线减速0.3A.小木块的最大静摩擦力是0.7NB．小木块的最大静摩擦力是0.6NC．在这五次实验中，小木块受到的摩擦力大小有三次是相同的D．在这五次实验中，小木块受到的摩擦力大小各不相同解析　在计算摩擦力的大小时要注意静摩擦力与滑动摩擦力的不同，静摩擦力与外力有关，滑动摩擦力应用公式进行计算。本题木块加速、匀速、减速运动时滑动摩擦力相同，均为0.5N，但由于不知木块何时刚好运动，故无法判断出最大静摩擦力。答案　C6．(2016·湖州联考)如图11甲所示，用一拉力传感器(能感应力大小的装置)水平向右拉一水平面上的木块，A端的拉力均匀增加，0～t1时间木块静止；木块运动后改变拉力大小，使木块在t2时刻后处于匀速直线运动状态。计算机对数据拟合处理后，得到如图乙所示的拉力随时间变化图线。当用F＝5.3N的水平拉力拉静止的木块时，木块所受摩擦力大小为________N；若用F＝5.8N的水平拉力拉木块，木块所受摩擦力大小为________N。图11 解析　当用F＝5.3N的水平拉力拉静止的木块时，木块所受静摩擦力大小等于拉力大小，即为5.3N；若用F＝5.8N的水平拉力拉木块，木块所受滑动摩擦力大小为5.1N。答案　5.3　5.1一、选择题1．关于摩擦力产生的条件，下列说法中正确的是(　　)A．相互挤压的粗糙物体间一定产生摩擦力B．只有静止的物体才可能受到静摩擦力，只有运动的物体才可能受到滑动摩擦力百度文库-让每个人平等地提升自我C．发生相对运动的接触面间一定产生摩擦力D．一个物体在另一个物体表面相对滑动时，有可能受到摩擦力解析　根据静摩擦力与滑动摩擦力的产生条件可判断出D正确。答案　D2．(2015～2016重庆一中高一上期末)关于摩擦力，下列说法正确的是(　　)A．只要有弹力存在，就一定有摩擦力存在B．滑动摩擦力的方向一定跟物体的运动方向相反C．静摩擦力的方向一定跟物体间相对运动趋势的方向相反D．接触面处的压力越大，摩擦力一定也越大解析　产生摩擦力的条件是：有弹力、接触面粗糙、有相对运动或相对运动趋势，故A错误；摩擦力的方向跟物体的相对运动方向或相对运动趋势方向相反，故B错误，C正确；摩擦力的大小与接触面的大小无关，故D错误。答案　C3．(2016·浙江高一期末)关于静摩擦力的说法，正确的是(　　)A．两个相对静止的物体间一定有静摩擦力的作用B．受静摩擦作用的物体一定是静止的C．在物体间压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度D．静摩擦力一定是阻力解析　当两个物体有相对运动趋势时才有可能产生静摩擦力，A错；受静摩擦作用的物体有可能是运动的，比如人走路时，受到的就是静摩擦力，B错；在物体间压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度，这个限度就是最大静摩擦力，C对；静摩擦力可能是阻力也可能是动力，D错。答案　C 4．如图1所示，运动员用双手握住竖直的竹竿匀速攀上和匀速下滑时，运动员所受的摩擦力分别为F2和F2，那么(　　)图1A．F1向下，F2向上，且F1＝F2B．F1向下，F2向上，且F1>F2C．F1向上，F2向上，且F1＝F2D．F1向上，F2向下，且F1＝F2解析　运动员向上、向下都是匀速运动，且只受重力和摩擦力的作用，由二力平衡知，运动员所受的摩擦力总是向上，大小等于其重力。故C正确。答案　C5．我国运动员刘翔曾多次夺得110米栏比赛的冠军。如图2所示，表示刘翔奔跑途中的两个瞬间，用F1、F2分别表示刘翔在图2甲、乙两瞬间所受的摩擦力，则关于F1、F2的方向，以下说法正确的是(　　)图2A．F1向后，F2向后B．F1向前，F2向后C．F1向前，F2向前D．F1向后，F2向前解析　人在奔跑时，脚与地面相对静止，受到静摩擦力的作用。题图甲中，脚用力后蹬，相对地面有向后滑的趋势，故人受到向前的静摩擦力作用，即F1向前；题图乙中，脚接触地面时有相对地面向前滑的趋势，故人受到的静摩擦力向后，即F2向后。选项B正确。答案　B6．(2015～2016浙江高一期末)一人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是(　　)图3A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C．人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用 D．人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用解析　人做匀速直线运动，则人处于平衡状态，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，没有力与摩擦力平衡，故B、C、D错。答案　A7．一物块m在水平力拉动下，沿静止的水平传送带由A端运动到B端，如图4甲所示，这时所受摩擦力为F1；现开动机械让传送带向左匀速传动，再次将同样的物块m由传送带的左端匀速拉动到右端，这时所受摩擦力大小为F2，如图乙所示。则F1、F2的大小关系满足(　　)图4A．F1＝F2B．F1F2D．上述三种情况都有可能解析　两种情景下，物块与传送带之间均为滑动摩擦力，只是相对速度不同而已；由滑动摩擦力的计算公式F＝μFN可知，滑动摩擦力的大小与相对速度的大小无关，故选A。答案　A8．如图5所示，用水平力F将同种材料不同质量的物体压到一竖直墙壁上，下列说法正确的是(　　)图5A．若物体保持静止，则F越大，物体所受摩擦力越大B．若物体保持静止，则质量越大，物体所受摩擦力越小C．若物体沿墙壁向下滑动，则F越大，物体所受摩擦力越大D．若物体沿墙壁向下滑动，则质量越大，物体所受摩擦力越大解析　物体静止时，物体受静摩擦力，大小等于其重力，与水平力F无关，物体质量越大，所受摩擦力越大，故A、B错误；物体向下滑动时，受到滑动摩擦力作用，大小为Ff＝μFN＝μF，故F越大，摩擦力越大，且与物体的质量无关，C正确、D错误。答案　C9．如图6所示，放在水平面上的物体A上叠放着物体B，A和B之间有一根处于压缩状 态的弹簧，A、B均处于静止状态，下列说法中正确的是(　　)图6A．B受到向左的摩擦力B．B对A的摩擦力向右C．地面对A的摩擦力向右D．地面对A没有摩擦力解析　弹簧对B有向左的弹力，B保持静止，因此A对B有向右的摩擦力，B对A的摩擦力向左，A、B选项错误；A、B整体在水平方向不受其他外力作用，因此没有向左或向右的运动趋势，地面对A没有摩擦力，C选项错误，D选项正确。答案　D二、非选择题10．一个重为200N的物体，放在水平面上，物体与平面间的动摩擦因数μ＝0.1，试求物体在下列几种情况下受到的摩擦力。(1)物体静止时用F＝8N的水平力向右拉物体。(2)物体静止时用F＝30N的水平力向右拉物体。(3)物体以15m/s的初速度向左运动，用F＝18N水平向右的力拉物体。解析　物体在水平面上滑动时受到的滑动摩擦力大小Ff＝μFN＝0.1×200N＝20N。严格来说，在相同条件下，物体所受的最大静摩擦力大于滑动摩擦力，但在一般情况下，可以认为最大静摩擦力大小Ffm等于同样正压力下的滑动摩擦力。由此可知，本题中物体所受静摩擦力的取值范围为0Ffm，物体相对于水平面向右运动，故此时应受滑动摩擦力，大小为20N，方向水平向左。(3)因物体相对于水平面向左运动，故受到滑动摩擦力作用，大小为20N，方向水平向右，与F＝18N无关。答案　(1)8N　水平向左　(2)20N　水平向左(3)20N　水平向右11．如图7所示，轻质弹簧的劲度系数为20N/cm，用其拉着一个重200N的物体在水平面上运动。当弹簧的伸长量为4cm时，物体恰在水平面上做匀速直线运动。求： 图7(1)物体与水平面间的动摩擦因数；(2)当弹簧的伸长量为6cm时，物体受到的水平拉力有多大，这时物体受到的摩擦力有多大；(3)如果在物体运动的过程中突然撤去弹簧，而物体在水平面上能继续滑行，这时物体受到的摩擦力多大。解析　(1)物体做匀速直线运动，由二力平衡条件可得滑动摩擦力F1＝F＝kx＝20×4N＝80N，故物体与水平面间的动摩擦因数μ＝＝＝＝0.4。(2)当弹簧的伸长量为6cm时，物体受到的水平拉力F′＝kx′＝20×6N＝120N。这时物体受到的摩擦力F2仍为滑动摩擦力，大小不变，即F2＝F1＝80N。(3)如果在物体运动的过程中突然撤去弹簧，而物体在水平面上能继续滑行，这时物体受到的摩擦力F3仍为滑动摩擦力，大小不变，即F3＝F1＝80N。答案　(1)0.4　(2)120N　80N　(3)80N12．如图8所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B、A与地的动摩擦因数相同，物体B用细绳系住，当水平力F＝32N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数。图8解析　以A物体为研究对象，其受力情况如图所示：则物体B对其压力：FN2＝GB＝20N，地面对A的支持力：FN1＝GA＋GB＝60N，因此A与B间的滑动摩擦力：Ff2＝μFN2＝20μN，A受地面的摩擦力：Ff1＝μFN1＝60μN，又由题意得：F＝Ff1＋Ff2＝(60μ＋20μ)N＝80μN，F＝32N，代入即可得到μ＝0.4。答案　0.4