第三章 3.摩擦力-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

3．摩擦力 课程标准 核心素养 1．认识摩擦力，知道滑动摩擦力和静摩擦力 2．理解摩擦力的产生条件，会分析摩擦力的方向 3．能计算摩擦力的大小 1．物理观念：摩擦力的概念及产生条件，动摩擦因数 2．科学思维：假设法、公式法、会判断摩擦力的方向 3．科学探究：通过演示实验探究摩擦力的性质 4．科学态度与责任：了解增大或减小摩擦力在日常生活中的应用 一、认识滑动摩擦力 1．定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对滑动时，每个物体的接触面上都会受到对方施加的阻碍相对运动的力。 2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反。 二、研究滑动摩擦力的大小 1．滑动摩擦力的大小：f＝μN，其中μ为动摩擦因数，N是两个物体表面间的垂直作用力(压力)。 2．动摩擦因数 (1)比例系数μ是两个力的比值，没有单位。 (2)它的大小与两个接触面的材料、粗糙程度等情况有关。 三、认识静摩擦力 1．定义：两物体之间处于相对静止状态，但有相对运动趋势时的摩擦力。 2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。 四、静摩擦力的大小及最大静摩擦力 1．最大静摩擦力：静摩擦力的最大极限值，记为f静max，其大小等于物体将要发生相对运动时受到摩擦力。 2．静摩擦力的大小：0＜f静≤f静max。 1．关于滑动摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．正压力越大，滑动摩擦力越大 B．正压力不变，动摩擦因数不变，接触面积越大，滑动摩擦力越大 C．正压力不变，动摩擦因数不变，速度越大，滑动摩擦力越大 D．动摩擦因数不变，正压力越大，滑动摩擦力越大 D　[由滑动摩擦力公式f＝μN知，两物体间滑动摩擦力的大小只与动摩擦因数μ及正压力N有关，与接触面积及两物体间的相对运动速度无关。] 2． 一重为10 N的物体静止在水平桌面上，现用2 N的水平推力向右推它但未能推动，如图所示，则此种情况下物体所受摩擦力情况是(　　) A．摩擦力的方向向右，大小等于2 N B．摩擦力的方向向右，大小等于10 N C．摩擦力的方向向左，大小等于2 N D．摩擦力的方向向左，大小等于10 N C　[由于物体受到水平向右的推力作用，但物体没有被推动，所以物体此时受到的是静摩擦力。静摩擦力的大小和推力的大小相等，方向相反，所以摩擦力的方向向左，大小等于2 N，C正确。] 知识点一　滑动摩擦力 将携带的物品放到恒定速率的水平传送带上，物品的速度在达到传送带速率之前，物品的运动方向与物品受到的滑动摩擦力方向之间的关系如何？ 提示：　物品的运动方向与物品受到的滑动摩擦力方向相同。 1．滑动摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触挤压(即有弹力)。 (2)物体间的接触面不光滑。 (3)两物体间存在相对运动。 2．滑动摩擦力的方向 (1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反。 (2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反。 3．滑动摩擦力的大小 (1)公式法：根据公式f＝μN计算。 ①正压力N是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，N的大小根据物体的受力情况确定。 ②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关。 (2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡条件求解。 一、滑动摩擦力方向的判断 如图所示，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(　　) A．若v1＜v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力 B．若v1＜v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力 C．若v1＞v2，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 B　[若v1<v2，则A相对B向右运动，故B对A施加向左的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A施加的向右的滑动摩擦力，故A错误，B正确。若v1>v2，则A相对B向左运动，故B对A施加向右的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A施加的向左的滑动摩擦力，故C、D错误。] 滑动摩擦力方向的判断方法 “四步法”确定滑动摩擦力的方向： (1)确定滑动摩擦力的受力对象。 (2)确定滑动摩擦力的施力物体。 (3)确定受力对象相对于滑动摩擦力的施力物体的运动方向。 (4)根据滑动摩擦力“总是与相对运动方向相反”来确定滑动摩擦力方向。　　 二、滑动摩擦力的计算 如图所示，物体A重40 N，物体B重20 N，A与B、A与地面间的动摩擦因数相同，物体B用细绳系住，当水平力F＝32 N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数。 解析：　物体B对A压力为N2＝GB＝20 N 则地面对A的支持力为N1＝GA＋GB＝60 N 因此A受B的滑动摩擦力为f2＝μN2 A受地面的摩擦力为f1＝μN1 又由题意得F＝f1＋f2 可得μN2＋μN1＝F 代入数据可得到μ＝0．4。 答案：　0．4 针对练1：下列关于滑动摩擦力的认识，正确的是(　　) A．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，因此滑动摩擦力是阻力 B．相互接触的两个物体间如果存在相对滑动，则它们之间一定存在相互的滑动摩擦力 C．快速行驶的自行车急刹车时与地面的摩擦力一定比慢速行驶的自行车在同样条件下急刹车时的摩擦力大 D．滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相同，也可能跟物体的运动方向相反 D　[滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，但不一定阻碍物体的运动，它既可作为动力又可作为阻力，其方向可能跟物体的运动方向相同，也可能跟物体的运动方向相反，A错误，D正确；仅根据有相对运动不能判断滑动摩擦力的有无，例如，两物体间的接触面光滑，两物体间就无滑动摩擦力，或者两物体虽接触，接触面也不光滑，但无压力，也无滑动摩擦力，B错误；滑动摩擦力的大小与物体运动的速度和接触面积的大小无关，C错误。] 针对练2： 如图所示，重力G＝20 N的物体，在动摩擦因数为0．1的水平面上向左运动，同时受到大小为10 N、方向向右的水平力F的作用，则物体所受摩擦力的大小和方向是(　　) A．2 N，水平向左 B．2 N，水平向右 C．10 N，水平向左 D．12 N，水平向右 B　[物体在水平面上向左运动，受到滑动摩擦力的方向水平向右。物体对水平面的压力大小N等于物体的重力G，则摩擦力大小为f＝μN＝μG＝0．1×20 N＝2 N，故选B。] 知识点二　静摩擦力 把木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图所示。当测力计的示数为1 N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2 N时，木块仍静止；继续增大拉力到4 N时，木块开始运动，此时拉力突然变小到3．8 N，此后木块匀速运动，拉力保持3．8 N不变。 (1)木块受到的拉力为1 N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？ (2)随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？当变为滑动摩擦力时，摩擦力为什么又变小了？ 提示：　(1)说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1 N的力，这个力就是桌面对木块的静摩擦力。 (2)静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值。这个最大值比滑动摩擦力稍微大一些。 1．静摩擦力的产生条件 (1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)。 (2)接触面粗糙。 (3)两物体间有相对运动的趋势。 2．静摩擦力的理解 (1)“相对静止”的两层含义：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。 (2)“相对运动趋势”：是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能，但还处于相对静止状态。 (3)“阻碍效果”：静摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动趋势。静摩擦力既可与物体的运动方向相同为动力，也可与物体的运动方向相反为阻力。 3．静摩擦力的方向 (1)在接触面上与接触面相切，且与物体相对运动趋势的方向相反。 (2)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，与使物体产生相对运动趋势的外力方向相反。 注意：静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，与运动方向可能相同，也可能相反。 4．静摩擦力的大小 (1)范围：0<f≤f静max。 (2)计算：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解。 (3)静摩擦力大小与正压力无关。 5．“两法”判断静摩擦力的有无 (1)假设法 (2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判断。 一、静摩擦力有无及方向的判断 有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙水平地面上，物体之间的接触面不光滑，如图所示，现用一水平力F作用在乙物体上，三物体仍保持静止，下列说法中正确的是(　　) A．丙受到地面的摩擦力大小为F，方向水平向左 B．甲受到水平向右的摩擦力作用 C．乙对丙的摩擦力大小为F，方向水平向左 D．丙对乙的摩擦力大小为F，方向水平向右 A　[以甲、乙、丙组成的整体为研究对象，此整体在水平方向上受平衡力的作用，因此丙受到地面的摩擦力大小等于拉力F，方向水平向左，A项正确；以甲为研究对象，在水平方向甲保持静止，不受摩擦力，B项错误；甲、乙之间没有摩擦力作用，且乙静止，所以丙对乙的摩擦力大小等于F，方向水平向左，D项错误；对于丙，根据上面分析知，其受地面向左的摩擦力，根据二力平衡，乙对丙的摩擦力大小等于F，方向水平向右，C项错误。] 利用“假设法”来判断静摩擦力方向的分析步骤 (1)选研究对象(受静摩擦力作用的物体)。 (2)选跟研究对象接触的物体为参考系。 (3)假设接触面光滑，找出研究对象相对参考系的速度方向(即相对运动趋势的方向)。 (4)静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。　　 二、摩擦力大小的计算 (2021·黑龙江鹤岗高一联考)(多选)已知A与B所受重力分别为GA＝10 N，GB＝20 N，A与B间的动摩擦因数μ1＝0．2，B与水平地面间的动摩擦因数μ2＝0．3，如图甲、乙所示。现在用大小为8 N的力F，分别作用在A、B上，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则各物体所受摩擦力的情况是(　　) A．甲图中，A不受摩擦力，B受到地面水平向左的大小为8 N的摩擦力 B．甲图中，A受到的摩擦力水平向右，大小为2 N；B受地面的摩擦力水平向左，大小为6 N C．乙图中，A受到的摩擦力水平向左，大小为2 N；B受地面的摩擦力水平向左，大小为9 N D．乙图中，A受到的摩擦力水平向左，大小为2 N；B受地面的摩擦力水平向左，大小为2 N AD　[甲图中，B与地面间的最大静摩擦力FBmax＝μ2(GA＋GB)＝9 N，拉力F＝8 N<9 N，所以A、B静止不动，A不受摩擦力，B受到8 N的静摩擦力，方向向左，故A正确，B错误。乙图中，A与B间的最大静摩擦力FAmax＝μ1GA＝2 N，拉力F＝8 N>2 N，所以A、B相对滑动，A受到的滑动摩擦力FA＝μ1GA＝2 N，方向向左；对B进行受力分析可知，A对B的滑动摩擦力向右，大小是2 N，小于B和地面之间的最大静摩擦力9 N，所以B静止不动，地面对 B的静摩擦力大小是2 N，方向向左，故C错误，D正确。] 针对练1：如图所示，A是主动轮，B是从动轮，它们通过不打滑的皮带转动，轮的转动方向如图所示，B轮上带有负载，P、Q分别是两轮边缘上的点，则下列关于P、Q所受摩擦力的判断正确的是(　　) A．P受到的是静摩擦力，方向向下 B．P受到的是滑动摩擦力，方向向上 C．Q受到的是静摩擦力，方向向上 D．Q受到的是滑动摩擦力，方向向下 C　[P点位置在主动轮的边缘上，轮子带着传送带运动，故传送带相对轮子有向上运动的趋势，但没有相对滑动，故P点受到的是静摩擦力，方向向上，故A、B错误；Q点位置在从动轮边缘上，轮子是在传送带的带动下运动的，没有打滑，故受到的也是静摩擦力，因皮带向上运动，故Q相对于皮带有向下的运动趋势，故Q受到的摩擦力方向向上，故C正确，D错误。] 针对练2： 如图所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向受到F1、F2和摩擦力作用，木块处于静止状态，其中F1＝10 N，F2＝2 N，则下列说法正确的是(　　) A．若撤去F1，木块受到的摩擦力一定为2 N，方向向右 B．若撤去F1，木块有可能滑动 C．若撤去F2，木块受到的摩擦力一定为10 N，方向向左 D．若撤去F2，木块一定会滑动 A　[木块开始时在水平方向受三个力而平衡，则有f＝F1－F2＝10 N－2 N＝8 N，木块处于静止状态，则说明木块受到的最大静摩擦力大于等于8 N。撤去F1后，受到的推力为F2＝2 N，小于最大静摩擦力，木块仍能平衡，则所受静摩擦力为2 N，方向向右，A正确，B错误。撤去F2后，受到的推力为F1＝10 N，可能大于最大静摩擦力，则木块可能会滑动，C、D错误。] 1． (多选)关于滑动摩擦力，下列说法中正确的是(　　) A．有正压力一定有滑动摩擦力 B．有滑动摩擦力一定有正压力 C．滑动摩擦力总是与接触面上的正压力垂直 D．只有运动的物体才受滑动摩擦力作用 BC　[由产生滑动摩擦力的条件知，选项A错误，选项B正确。滑动摩擦力的方向与接触面相切，而正压力垂直于接触面，所以滑动摩擦力的方向跟接触面所受正压力的方向垂直，选项C正确。静止的物体也可以受滑动摩擦力，如擦黑板时，黑板是静止的，但黑板擦是运动的，黑板受滑动摩擦力作用，选项D错误。] 2．下列图片中的人或物体没有利用摩擦力的是(　　) B　[传送带运送货物，货物有下滑的趋势，货物受摩擦力；电梯中的人受重力和支持力，没有相对滑动趋势，不受摩擦力；运动员跑步时，脚向后蹬地，受向前的静摩擦力；用手拿住杯子，杯子有下滑的趋势，受静摩擦力。故选B。] 3．在甲、乙、丙、丁四幅图中，A物块受到摩擦力的是(　　) A．图甲中A沿粗糙的竖直墙面下滑 B．图乙中A沿光滑的斜面向上运动 C．图丙中A随B一起向右匀速运动 D．图丁中A在斜面上静止不动 D　[摩擦力产生的条件是：(1)物体间有弹力；(2)接触面不光滑；(3)物体间相对运动或有相对运动趋势，三个条件缺一不可。图甲中不满足条件(1)，图乙中不满足条件(2)，图丙中不满足条件(3)，正确选项为D。] 4． 如图所示，一物体在动摩擦因数μ＝0．2的水平面上向左运动，物体质量为10 kg，它在运动过程中还受到一个大小为20 N方向水平向右的拉力作用，则物体受到的摩擦力为(g取10 N/kg) (　　) A．0 N B．20 N，水平向右 C．40 N，水平向右 D．20 N，水平向左 B　[摩擦力的方向与相对运动方向相反，故摩擦力的方向水平向右。根据f＝μN得摩擦力的大小f＝20 N。] 5．(多选)有一种圆珠笔，内部有一根小弹簧。如图所示，当笔杆竖直放置时，在圆珠笔尾部的按钮上放一个100 g的砝码，砝码静止时，弹簧压缩量为2 mm。现用这支圆珠笔水平推一本放在水平桌面上质量为900 g的书，当按钮压缩量为3．6 mm(未超过弹簧的弹性限度)时，这本书恰好匀速运动。(g取10 m/s2)，下列说法正确的是 (　　) A．笔内小弹簧的劲度系数是500 N/m B．笔内小弹簧的劲度系数是50 N/m C．书与桌面间的动摩擦因数是0．02 D．书与桌面间的动摩擦因数是0．2 AD　[由于砝码处于静止状态，则kΔx＝mg，所以有k＝＝ N/m＝500 N/m，A正确，B错误。要使书恰好能匀速运动，则kΔx′＝μm′g，代入数据解得μ＝0．2，C错误，D正确。] 6．机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，机器人，特别是智能机器人产品的研发、产业化水平已成为衡量一个国家、地区科技创新和高端制造业综合竞争水平的重要指标。如图所示，一机械臂竖直夹起一个质量为m的金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与金属小球接触面保持竖直状态，且它们之间的动摩擦因数为μ，铁夹对金属球的压力为F。 问题： (1)金属小球受到的摩擦力大小为多少，方向如何？ (2)若铁夹对金属球的压力变为2F，金属小球受到的摩擦力大小如何变化？ 解析：　(1)金属小球受到的摩擦力大小与金属小球重力大小相等，方向与重力方向相反，故金属小球受到的摩擦力大小为mg，方向竖直向上。 (2)金属小球受到的摩擦力大小与金属小球重力大小相等，故金属小球受到的摩擦力不变。 答案：　(1)mg　方向竖直向上　(2)不变 学科网（北京）股份有限公司 $$