高中物理 第3章 摩擦力學(xué)案 滬科版必修

學(xué)案4　摩擦力 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.知道摩擦力的定義及分類.2.理解靜摩擦力和滑動摩擦力的產(chǎn)生條件.3.會判斷摩擦力的方向及計算摩擦力的大小.4.了解最大靜摩擦力的概念． 一、滑動摩擦力 1．定義：當(dāng)一個物體跟另一個物體有相對滑動時，在它們的接觸面上產(chǎn)生的摩擦力，叫做滑動摩擦力． 2．方向：總是跟物體的相對運動的方向相反，始終阻礙著物體間的相對運動． 3．大?。河霉奖硎緁＝μN，其中N表示壓力的大小，μ是一個沒有單位的比例系數(shù)，叫做動摩擦因數(shù)，它的數(shù)值跟相互接觸的兩個物體的材料性質(zhì)、表面狀況(粗糙程度、干濕情況等)有關(guān)． 二、靜摩擦力 1．定義：物理學(xué)中，把物體間有相對滑動趨勢時產(chǎn)生的摩擦力，叫做靜摩擦力． 2．方向：總是跟物體間相對滑動趨勢方向相反． 3．最大靜摩擦力：隨著外力的增大，靜摩擦力也增大，但靜摩擦力的增大是有一定限度的，靜摩擦力的最大值fmax叫做最大靜摩擦力． 4．靜摩擦力的大小：兩物體間實際發(fā)生的靜摩擦力f在0與fmax之間變化. 一、靜摩擦力 [問題設(shè)計] 1．把木塊放在水平桌面上，用彈簧測力計沿水平方向向右拉木塊，如圖1所示． 圖1 當(dāng)測力計的示數(shù)為1 N時，木塊沒有動；逐漸增大拉力到2 N 時，木塊仍靜止；繼續(xù)增大拉力到4 N時，木塊開始移動，此時拉力突然變小到3.8 N，此后木塊勻速運動，拉力保持3.8 N不變． (1)木塊受到的拉力為1 N時，有相對桌面運動的趨勢但沒有運動，說明什么呢？ (2)隨著外力的增大，靜摩擦力有什么變化？ (3)靜摩擦力在哪里產(chǎn)生？沿什么方向？ 答案　(1)說明桌面對木塊施加一個與拉力方向相反的、大小也為1 N的力，這個力就是桌面對木塊的靜摩擦力． 1 / 12 (2)靜摩擦力的大小隨著外力的增大而增大，但有一個最大值． (3)靜摩擦力產(chǎn)生在相對靜止但有相對運動趨勢的物體之間．靜摩擦力的方向與接觸面相切，與物體相對運動趨勢的方向相反． 2.在礦山、碼頭、工廠中多用傳送帶將貨物由低處傳送到高處．如圖2所示，傳送帶勻速轉(zhuǎn)動，貨物和傳送帶相對靜止． 圖2 (1)傳送帶靠什么力把貨物送到高處？此力方向如何？ (2)只有靜止的物體才受靜摩擦力嗎？靜摩擦力總是阻礙物體的運動嗎？ 答案　(1)靜摩擦力．靜摩擦力的方向沿斜面向上(與物體運動方向相同)． (2)不是．靜摩擦力發(fā)生在兩個相對靜止的物體之間，物體本身可以運動． 靜摩擦力阻礙的是相對運動趨勢，并不總是阻礙物體的運動．靜摩擦力也可以是動力． [要點提煉] 1．靜摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)物體相互接觸且相互擠壓． (2)接觸面粗糙． (3)兩物體間相對靜止但有相對運動趨勢． 注意　兩物體是“相對靜止”，并不是靜止． 2．靜摩擦力的方向 總是沿著接觸面，并且跟物體間相對運動趨勢的方向相反． 注意　(1)與“相對運動趨勢的方向相反”，并不是與“運動方向”相反．(2)靜摩擦力的效果是阻礙物體間的相對運動趨勢，并不是阻礙物體的運動． 3．靜摩擦力的大小 (1)靜摩擦力具有被動性，即其大小總隨迫使物體發(fā)生相對運動的外力的變化而變化，與正壓力大小無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)． (2)靜摩擦力有一個最大值，即最大靜摩擦力fmax，靜摩擦力的范圍是0<f≤fmax. (3)靜摩擦力的大小一般根據(jù)平衡條件求解．如圖3中水平力F＝1 N、2 N、3 N時物塊沒有運動，靜摩擦力大小分別為1 N、2 N、3 N. 圖3 [延伸思考] 產(chǎn)生靜摩擦力的條件之一是“兩物體之間有相對運動趨勢”．那么，何為“相對運動趨勢”？如何判斷“相對運動趨勢”的方向？ 答案　“相對運動趨勢”是指一個物體相對于與它接觸的另一個物體有運動的可能，但還處于相對靜止?fàn)顟B(tài)．例如用力推木箱，木箱未動，但木箱有相對地面向前的運動趨勢． “相對運動趨勢的方向”是指假設(shè)接觸面光滑時，物體將要發(fā)生相對運動的方向．如圖，物體靜止在粗糙斜面上，假設(shè)斜面光滑時，物體將沿斜面下滑，即物體靜止時，相對(斜面)運動趨勢的方向是沿斜面向下． 二、滑動摩擦力 [問題設(shè)計] 1.用力將黑板擦(毛較長)在黑板上滑動，觀察毛刷的彎曲方向．如圖4所示，毛刷為什么向后彎曲？ 圖4 答案　因為毛刷所受滑動摩擦力的方向沿板面，與板擦運動方向相反． 2．把手按在桌面上，用力向前滑動，手有什么感覺？增大手與桌面的壓力，感覺有什么不同？這說明什么？閱讀課本，寫出滑動摩擦力的公式． 答案　手受到向后的阻力(滑動摩擦力)．感覺手受到向后的阻力(滑動摩擦力)增大．滑動摩擦力大小隨著壓力的增大而增大．f＝μN. [要點提煉] 1．滑動摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)兩物體相互接觸且相互擠壓． (2)接觸面粗糙． (3)兩物體間有相對運動． 2．滑動摩擦力的方向 總是沿著接觸面，并且與相對運動的方向相反． 注意　(1)與“相對運動的方向相反”，并不是與“運動方向”相反． (2)滑動摩擦力的效果是阻礙物體間的相對運動，并不是阻礙物體的運動． 3．滑動摩擦力的大小 滑動摩擦力的大小跟壓力成正比． 公式：f＝μN，μ為動摩擦因數(shù)，取決于相互接觸的兩物體的材料和接觸面的粗糙程度，與接觸面的面積無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)． [延伸思考] 如圖5所示，物體A疊放在置于光滑水平面的木板B上，兩物體都沿著水平方向向右運動，某時刻的速度分別為 vA＝1 m/s，vB＝2 m/s.請分別分析A、B兩物體受到的滑動摩擦力的方向．滑動摩擦力一定阻礙物體的運動嗎？ 圖5 答案　以B為參考系，A相對B向左運動，A受到B向右的滑動摩擦力f1； 以A為參考系，B相對于A向右運動，所以B受到A向左的滑動摩擦力f2. B對A的摩擦力與A的運動方向相同，是動力． A對B的摩擦力與B的運動方向相反，是阻力． 所以滑動摩擦力可以與物體運動方向相反，也可以與物體運動方向相同，可以是阻力，也可以是動力． 一、對摩擦力概念的理解 例1　關(guān)于摩擦力的產(chǎn)生，下列說法中正確的是(　　) A．相互壓緊的粗糙物體間一定有摩擦力 B．有相對運動或有相對運動趨勢的物體間一定有摩擦力 C．相互壓緊并運動的物體間一定有摩擦力作用 D．只有相互壓緊和發(fā)生相對運動(或有相對運動趨勢)的物體間才可能有摩擦力的作用 解析　要產(chǎn)生摩擦力，首先要有彈力，其次要接觸面不光滑，還要有相對運動或有相對運動趨勢，故只有D正確． 答案　D 二、滑動摩擦力 例2　裝修工人在搬運材料時施加一個水平拉力將其從水平臺面上拖出，如圖6所示，則在勻速拖出的過程中(　　) 圖6 A．材料與平臺之間的接觸面積逐漸減小，摩擦力逐漸減小 B．材料與平臺之間的接觸面積逐漸減小，拉力逐漸減小 C．平臺對材料的支持力逐漸減小，摩擦力逐漸減小 D．材料與平臺之間的動摩擦因數(shù)不變，支持力也不變，因而工人拉力也不變 答案　D 解析　勻速拉動的過程只能持續(xù)到重心離開臺面的瞬間，材料的重心在臺面上，故材料對臺面的壓力不變，故材料受到的支持力不變，故C錯誤；而在拉動過程中動摩擦因數(shù)不變，由f＝μN可知摩擦力是不變的，故A、B錯誤；因為材料做勻速直線運動，摩擦力不變，所以工人的拉力是不變的，故D正確． 例3　質(zhì)量為2 kg的物體靜止在水平地面上，如圖7所示，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，最大靜摩擦力與滑動摩擦力視為相等，給物體一水平推力F.(取g＝10 N/kg) 圖7 (1)當(dāng)推力大小為5 N時，地面對物體的摩擦力是多大？ (2)當(dāng)推力大小為12 N時，地面對物體的摩擦力是多大？ (3)物體運動過程中突然把推力去掉，此時地面對物體的摩擦力是多大？ 解析　在地面上，N＝mg，則滑動摩擦力(即最大靜摩擦力fmax)大小為fmax＝μN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N. (1)當(dāng)推力F＝5 N時，F(xiàn)<fmax，物體靜止，則由二力平衡知：地面對物體的靜摩擦力的大小f靜＝F＝5 N. (2)當(dāng)推力F＝12 N時，f>fmax，物體滑動．則地面對物體的滑動摩擦力的大小f滑＝μN＝μmg＝10 N. (3)物體運動過程中突然把推力去掉，地面對物體的摩擦力為滑動摩擦力，其大小f滑′＝10 N. 答案　(1)5 N　(2)10 N　(3)10 N 三、靜摩擦力 例4　如圖8所示，有一重力不計的方形容器，被水平力F壓在豎直的墻面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢地向容器內(nèi)注水，直到將容器剛好盛滿為止，在此過程中容器始終保持靜止，則下列說法中正確的是(　　) 圖8 A．容器受到的摩擦力不變 B．容器受到的摩擦力逐漸增大 C．水平力F可能不變 D．水平力F必須逐漸增大 解析　容器處于平衡狀態(tài)，在豎直方向上重力與摩擦力平衡，盛滿水前墻面對容器的靜摩擦力一直增大，如果一直沒有達到正壓力 F作用下的最大靜摩擦力，則水平力F可能不變，選項B、C正確． 答案　BC 摩擦力的比較 靜摩擦力 滑動摩擦力 說明 產(chǎn)生條件 相同點 ①相互接觸；②相互擠壓；③接觸面粗糙 最大靜摩擦力比滑動摩擦力稍大；在有些計算中可認(rèn)為滑動摩擦力等于最大靜摩擦力 不同點 有相對運動趨勢 有相對運動 力 的 三 要素 大小 不同點 被動力，與壓力無關(guān)，大小為0<f≤fmax 與壓力成正比，公式f＝μN 方向 相同點 ①與運動方向無直接關(guān)系，可與運動方向同向，也可與運動方向反向或者成某一夾角；②與接觸面相切；③與同一接觸面上的彈力方向垂直 不同點 與相對運動趨勢方向相反 與相對運動方向相反 作用點 相同點 在接觸面上，作力的圖示時，可根據(jù)等效原理畫到物體的重心上 1.(滑動摩擦力的理解)以下關(guān)于滑動摩擦力的說法中，正確的是(　　) A．滑動摩擦力的方向總是與物體的運動方向相反 B．滑動摩擦力總是阻礙物體的運動 C．滑動摩擦力的方向總是與物體的相對運動方向相反 D．兩個相互接觸的物體發(fā)生相對滑動時，它們都要受到滑動摩擦力的作用 答案　C 解析　滑動摩擦力的方向總是與物體的相對運動方向相反，但與物體的運動方向既可能相同，也可能相反，既可能促進物體的運動，也可能阻礙物體的運動，A、B錯誤，C正確．摩擦力的產(chǎn)生必須具備三個條件，兩個相互接觸的物體發(fā)生相對滑動時，接觸面間相互擠壓和粗糙的條件不一定具備，此時物體間不一定有摩擦力，D錯誤． 2．(靜摩擦力)置于水平地面上的物體在沿水平方向的拉力作用下，仍處于靜止，則物體所受靜摩擦力的大小(　　) A．與壓力成正比 B．等于水平拉力 C．小于滑動摩擦力 D．在物體上疊放另一物體，該物體受到的靜摩擦力不變 答案　BD 解析　靜摩擦力的產(chǎn)生取決于使物體產(chǎn)生相對運動趨勢的外力的作用，也就是等于平行于接觸面切線方向的外力的大小，與壓力大小無關(guān)；最大靜摩擦力比滑動摩擦力稍大，無法判斷此時的靜摩擦力是否小于滑動摩擦力，故B、D正確． 3．(摩擦力大小的計算)用20 N的水平力在水平地面上拉重60 N的物體時，物體恰能被拉動；物體運動后只需18 N的拉力即可使物體做勻速直線運動．該物體靜止在水平地面上，若用15 N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為________；若用30 N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為________；物體與地面間的動摩擦因數(shù)為________． 答案　15 N　18 N　0.3 解析　水平力為20 N時恰能拉動物體，說明最大靜摩擦力fmax＝20 N．若用F1＝15 N的力拉物體，由于F1<fmax，故物體不會相對于地面滑動，物體受靜摩擦力的作用，由二力平衡得物體此時受到的摩擦力f靜＝F1＝15 N，又因為物體運動后只需18 N的拉力即可使物體做勻速直線運動，故f滑＝18 N，當(dāng)用F2＝30 N的力拉物體時，F(xiàn)2>fmax，物體受滑動摩擦力，大小為f滑＝18 N．又由f滑＝μN得μ＝＝＝0.3. 題組一　對摩擦力的理解 1．下列關(guān)于摩擦力的說法，正確的是(　　) A．作用在物體上的滑動摩擦力只能使物體減速，不可能使物體加速 B．作用在物體上的靜摩擦力只能使物體加速，不可能使物體減速 C．作用在物體上的滑動摩擦力既可能使物體減速，也可能使物體加速 D．作用在物體上的靜摩擦力既可能使物體加速，也可能使物體減速 答案　CD 解析　摩擦力的方向可能與物體運動方向相同，也可能與物體運動方向相反，但一定是與物體相對運動方向或相對運動趨勢方向相反．當(dāng)滑動摩擦力的方向與物體的運動方向相同時，使物體加速，選項A錯誤，C正確；當(dāng)靜摩擦力的方向與物體的運動方向相反時，使物體減速，選項B錯誤，D正確． 2．關(guān)于摩擦力與彈力的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．有彈力一定有摩擦力 B．有摩擦力一定有彈力 C．彈力越大，摩擦力越大 D．摩擦力越大，彈力一定越大 答案　B 解析　根據(jù)摩擦力和彈力產(chǎn)生的特點可知，有摩擦力一定有彈力，但有彈力不一定有摩擦力，A錯，B對；彈力越大，摩擦力不一定越大，同理，摩擦力越大，彈力也不一定越大，C、D錯． 題組二　滑動摩擦力 3．關(guān)于滑動摩擦力，下列說法正確的是(　　) A．壓力越大，滑動摩擦力越大 B．壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，接觸面積越大，滑動摩擦力越大 C．壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，速度越大，滑動摩擦力越大 D．動摩擦因數(shù)不變，壓力越大，滑動摩擦力越大 答案　D 解析　由滑動摩擦力計算式f＝μN知，兩物體間滑動摩擦力的大小只與動摩擦因數(shù)μ及壓力N有關(guān)，與接觸面積及兩物體間的相對運動速度無關(guān)． 4．關(guān)于動摩擦因數(shù)，下列說法正確的是(　　) A．兩接觸面間壓力越大，動摩擦因數(shù)越大 B．兩物體間滑動摩擦力越大，動摩擦因數(shù)越大 C．兩物體間的動摩擦因數(shù)與滑動摩擦力成正比，與兩物體間的壓力成反比 D．兩物體間的動摩擦因數(shù)是由兩物體的材料和接觸面的粗糙程度等決定的，與滑動摩擦力和正壓力的大小無關(guān) 答案　D 5．如圖1所示，把兩本書一頁一頁地交叉對插，然后兩手各抓住一本書的書脊用力對拉，平時隨手很容易移動的兩本書竟會變得像用強力膠粘在一起似的，難舍難分，關(guān)于其中的原因下列說法正確的是(　　) 圖1 A．增大了摩擦的接觸面積 B．增大了動摩擦因數(shù) C．增加了摩擦力的個數(shù) D．以上說法都不對 答案　C 解析　摩擦力的大小只和壓力及動摩擦因數(shù)有關(guān)，和接觸面積沒有關(guān)系，把兩本書一頁一頁地交叉對插后，每頁間的動摩擦因數(shù)沒有改變，但每頁間都有摩擦力作用，拉開兩本書的力等于一本書每頁受到的摩擦力的和，相當(dāng)于增加了摩擦力的個數(shù)，C項正確． 題組三　靜摩擦力 6．關(guān)于靜摩擦力，下列說法中正確的是(　　) A．兩個表面粗糙的物體，只要直接接觸就會產(chǎn)生靜摩擦力 B．靜摩擦力總是阻礙物體的運動 C．靜摩擦力的方向跟物體間相對運動趨勢的方向相反 D．兩個物體之間的靜摩擦力總是一個定值 答案　C 解析　由于靜摩擦力產(chǎn)生在彼此直接接觸且相互擠壓、接觸面粗糙又有相對運動趨勢的物體之間，所以A錯誤；靜摩擦力的作用是阻礙物體間的相對運動趨勢，方向與物體間相對運動趨勢的方向相反，不能說成阻礙物體的運動，所以B錯誤，C正確；兩物體間靜摩擦力的大小隨物體所受外力的變化而變化，因此D錯誤． 7.如圖5所示，質(zhì)量為m的物體在水平向左拉力F1和水平向右拉力F2作用下，靜止于水平地面上，已知物體與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，則物體所受摩擦力f的大小和方向為(　　) 圖5 A．F1>F2時，f＝F1－F2，方向水平向右 B．F1<F2時，f＝F2－F1，方向水平向右 C．F2＝F1，f＝0 D．根據(jù)摩擦力計算公式可知，f為定值μmg 答案　AC 解析　當(dāng)F1>F2時，物體有向左的運動趨勢，故f方向為水平向右，根據(jù)平衡條件可知f＝F1－F2，A對；當(dāng)F1<F2時，物體有向右的運動趨勢，故f方向為水平向左，同理可得，f＝F2－F1，B錯；當(dāng)F1＝F2時，物體受力平衡，無相對運動趨勢，故f＝0，C對；題中已知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，不會有滑動摩擦力產(chǎn)生，計算公式不成立，D錯． 題組四　綜合應(yīng)用 8．如圖6所示，一質(zhì)量為m的木塊靠在豎直粗糙的墻壁上，且受到水平力F的作用，已知木塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)為μ，下列說法正確的是(　　) 圖6 A．若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力大小等于mg，方向豎直向上 B．若木塊靜止，當(dāng)F增大時，木塊受到的靜摩擦力隨之增大 C．若木塊沿墻壁向下運動， 則墻壁對木塊的摩擦力大小為μF D．若開始時木塊靜止，當(dāng)撤去F，木塊沿墻壁下滑時，木塊不受滑動摩擦力作用 答案　ACD 解析　若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力與重力平衡，大小為mg，方向豎直向上，故A正確，B錯誤；木塊沿墻壁向下運動，墻對木塊的摩擦力大小為μN＝μF，故C正確；當(dāng)撤去F時，墻與木塊間無彈力，則木塊不受摩擦力作用，故D正確． 9．如圖7所示為表面粗糙的傾斜皮帶傳輸裝置，皮帶的傳動速度保持不變．物體被無初速度地放在皮帶的底端A上，開始時物體在皮帶上滑動，當(dāng)它到達位置B后就不再相對皮帶滑動，而是隨皮帶一起勻速運動，直至傳送到頂端C，在傳送過程中，物體受到的摩擦力(　　) ①在AB段為沿皮帶向上的滑動摩擦力?、谠贏B段為沿皮帶向下的滑動摩擦力?、墼贐C段不受靜摩擦力?、茉贐C段受沿皮帶向上的靜摩擦力 圖7 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 答案　B 解析　在AB段，物體相對皮帶向下滑動，受到沿皮帶向上的滑動摩擦力，①對；在BC段，物體相對皮帶有向下滑的趨勢，受到沿皮帶向上的靜摩擦力，④對，故B項正確． 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！