3.2 摩擦力(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第2节　摩擦力 （见学生用书P60） 　　[学习目标]1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向（物理观念）.2.知道滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，会求滑动摩擦力（科学思维）.3.知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向（物理观念）.4.知道最大静摩擦力的概念，及静摩擦力大小的取值范围（科学思维）. 滑动摩擦力 1.定义：两个相互接触的物体，当它们　相对滑动　时，在接触面上会产生一种　阻碍相对运动　的力，这种力叫作滑动摩擦力. 2.方向：总是沿着　接触面　，并且跟物体　相对运动　的方向相反. 3.大小 （1）滑动摩擦力的大小跟压力的大小成　正比　，还跟接触面的粗糙程度、　材质　等有关. （2）公式：Ff＝　μFN　. （3）动摩擦因数μ：它的值跟接触面的　材料　和　粗糙程度　有关.动摩擦因数μ＝，Ff在接触面内且与相对运动方向　相反　，FN与接触面　垂直　. 静摩擦力 1.定义：相互接触的两个物体之间只有　相对运动的趋势　，而没有　相对运动　，这时的摩擦力叫作静摩擦力. 2.方向：总是沿着　接触面　，跟物体　相对运动趋势　的方向相反. 3.最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值Fmax，在数值上等于物体　即将开始运动　时的拉力. 4.静摩擦力的大小：两物体之间实际产生的静摩擦力F在　0　与最大静摩擦力Fmax之间，即　0＜F≤Fmax　. 1.判断下列说法的正误. （1）有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力.（　×　） （2）摩擦力的方向一定与接触面的压力方向垂直.（　√　） （3）物体所受的滑动摩擦力与物体的重力成正比.（　×　） （4）静摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反.（　×　） 2.质量为100 kg的物体放在水平地面上，要使它由静止开始运动，至少对它施加200 N的水平拉力，物体与地面间的最大静摩擦力为　200　N；若物体沿地面匀速运动时所受水平拉力为198 N，物体与地面间的动摩擦因数为　0.198　.（g取10 m/s2） 滑动摩擦力 【情境导学】用力将黑板擦（毛较长）在黑板上滑动，观察毛刷的弯曲方向.如图所示，毛刷为什么向后弯曲？ 答案　因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿黑板面，与黑板擦运动方向相反. 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）沿着接触面，且与物体的相对运动方向相反. （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＝μFN计算. ①FN是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，FN的大小根据物体的受力情况确定. ②动摩擦因数μ与接触面的材料和粗糙程度有关，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. 【例题1】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 思维导引：由速度关系推出相对运动关系，即可得出各自的摩擦力的方向. 答案　B　 解析　若v1＜v2，则货物A相对汽车B向右运动，故汽车B对货物A施加向左的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力，选项A错误，B正确；若v1＞v2，则货物A相对汽车B向左运动，故汽车B对货物A施加向右的滑动摩擦力，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. 【变式1】有关滑动摩擦力，下列说法正确的是（　　） A.滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 B.有滑动摩擦力必有弹力 C.物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大 D.公式Ff＝μFN中的压力FN一定等于物体重力的大小 答案　B　 解析　滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，滑动摩擦力的方向一定与物体相对运动的方向相反，但不一定与物体运动方向相反，选项A错误；摩擦力的产生条件是有弹力，接触面粗糙，有相对运动，选项B正确；滑动摩擦力的大小Ff＝μFN，与物体在支持面上的滑动速度无关，其中FN为压力，FN与接触面垂直，不一定等于重力，选项C、D错误. 静摩擦力 【情境导学】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.随着拉力的增大，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？ 答案　静摩擦力的大小随着拉力的增大而增大，但有一个最大值.这个最大值比滑动摩擦力稍微大一些. 1.静摩擦力产生的条件 两物体缺一不可 2.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）与物体运动的方向可能相同，也可能相反. 3.静摩擦力有无及方向的判断方法 （1）平衡条件法：当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，可根据二力力平衡条件判断静摩擦力是否存在及其方向. （2）假设法：利用假设法进行判断时，可按以下思路进行分析： 4.静摩擦力的大小 （1）大小的范围：0＜F≤Fmax. （2）计算：物体处于平衡状态（匀速运动或静止）时，根据二力平衡条件求解. （3）最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力，一般情况下，为分析问题方便，可认为二者相等. 【例题2】（多选）用手握住一个盛有一部分油的油瓶，油瓶始终静止处于竖直方向，如图所示，下列说法正确的是（　　） A.瓶中装的油越多，油瓶受到的摩擦力越大 B.油瓶所受摩擦力大小总是和油瓶的重力大小相等 C.油瓶所受摩擦力的方向竖直向上 D.手握得越紧，油瓶受到的摩擦力越大 思维导引：静摩擦力与油瓶重力二力平衡 答案　ABC　 解析　手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶重力二力平衡，油瓶越重，它受到的静摩擦力越大，增加手握油瓶的力度，摩擦力仍与重力平衡，保持不变，选项A、B、C正确，D错误. 【变式2】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.受静摩擦力作用的物体一定是静止的 C.当两物体间的压力一定时，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 答案　C　 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，选项A错误；受静摩擦力作用的物体有可能是运动的，选项B错误；当两物体间的压力一定时，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，选项C正确；当静摩擦力的方向与运动方向相同时，静摩擦力是动力，选项D错误. 摩擦力大小的计算 1.滑动摩擦力大小的计算 （1）公式法：根据物体的受力情况，求出正压力FN，再利用Ff＝μFN求出滑动摩擦力. （2）二力平衡法：物体处于平衡状态（匀速直线运动或静止）时，根据二力平衡的条件求解. 2.静摩擦力大小的计算 （1）根据受力情况和二力平衡条件确定，静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力， （2）随着相对运动趋势的增强，静摩擦力也逐渐变大，但不能一直增大.当静摩擦力增大至某一数值后，物体将开始沿接触面滑动，静摩擦力被滑动摩擦力取代.静摩擦力的大小范围为0＜F≤Fmax. （3）最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力，一般情况下，为了分析问题方便，可认为二者相等，即Fmax＝μFN. 【例题3】质量为3 kg的空木箱，放置在水平地面上，沿水平方向施加拉力，当拉力F1＝8 N时，木箱静止；当拉力F2＝12 N时，木箱做匀速直线运动（g取10 m/s2），求： （1）木箱与地面间的动摩擦因数； （2）木箱在F1＝8.0 N的水平拉力作用下受到的摩擦力的大小； （3）木箱在F3＝14.0 N的水平拉力作用下受到的摩擦力的大小. 解析　（1）当拉力F2＝12 N时，木箱做匀速直线运动，木箱水平方向受到拉力F2和滑动摩擦力Ff1， 根据二力平衡条件有Ff1＝F2＝12 N， 木箱放在水平地面上， 则木箱对地面的压力大小等于木箱所受的重力， 即FN＝mg.根据滑动摩擦力公式Ff＝μFN， 则木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝，联立解得μ＝0.4. （2）当拉力F1＝8 N时，木箱静止，木箱水平方向所受到的静摩擦力，此时Ff2与F1二力平衡，则有Ff2＝F1＝8 N. （3）当拉力F3＝14 N时，木箱在地面上滑动，此时木箱受到的摩擦力为滑动摩擦力，由（1）可知，Ff3＝Ff1＝12 N. 答案　（1）0.4　（2）8 N　（3）12 N 【变式3】如图所示，轻质弹簧的劲度系数k＝200 N/m，用其拉着一个质量m＝4 kg的木块在水平地面上运动，当弹簧的伸长量为6 cm时，木块恰好在水平地面上做匀速直线运动，重力加速度g取10 m/s2.求： （1）木块与水平地面间的摩擦力； （2）木块与水平地面间的动摩擦因数. 解析　（1）当弹簧伸长量为6 cm时，此时弹簧的弹力为F1＝kΔx＝200×0.06 N＝12 N时，木块做匀速直线运动，木块水平方向受到拉力F1和滑动摩擦力Ff，根据二力平衡条件有Ff＝F1＝12 N. （2）木块放在水平地面上，则木块对地面的压力大小等于木块所受的重力，即FN＝mg. 根据滑动摩擦力公式Ff＝μFN，则木块与地面间的动摩擦因数为μ＝， 联立解得μ＝0.3. 答案　（1）12 N　（2）0.3 1.（摩擦力的有无及方向判断）（多选）如图所示，A、B叠放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是（　　） A. A、B之间无摩擦力 B. A受到的摩擦力水平向右 C. B受到A的摩擦力水平向左 D.地面对B的摩擦力为静摩擦力，水平向右 答案　BC　 解析　对物体A，由于A匀速运动，由二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等大反向，选项A错误，B正确；对物体B，由力的作用的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，选项C正确；对B分析，由于B在A对B的摩擦力作用下向左匀速运动，则地面对B的摩擦力一定水平向右，且为滑动摩擦力，选项D错误. 2.（摩擦力的计算）（多选）如图所示，重力G＝20 N的物体，在动摩擦因数为0.2的水平面上向左运动，同时受到大小为5 N、方向向右的水平力F的作用，则（　　） A.物体所受摩擦力大小是4 N，方向水平向右 B.物体所受摩擦力大小是5 N，方向水平向左 C.在运动过程中，若撤去F，摩擦力仍不变 D.在运动过程中，若撤去F，摩擦力变为0 N 答案　AC　 解析　物体所受摩擦力大小是Ff＝μFN＝μG＝0.2×20 N＝4 N，方向水平向右，选项A正确，B错误；在运动过程中，若撤去F，物体仍向左做减速运动，摩擦力仍不变，选项C正确，D错误. 3.（摩擦力的计算）如图所示，在一粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，中间用一原长为L、劲度系数为k的轻弹簧连接起来，木块与地面间的动摩擦因数为μ.现用一水平力向右拉木块2，当两木块一起匀速运动时，两木块之间的距离是（　　） A. L＋m1g B. L＋（m1＋m2）g C. L＋m2g D. L＋（）g 答案　A　 解析　两木块一起向右匀速运动的过程中，对木块1受力分析可知，弹簧的弹力F与木块1受到地面的滑动摩擦力Ff等大反向，有F＝Ff＝kx，而Ff＝μm1g，解得x＝，所以两木块间的距离为L＋x＝L＋m1g，选项A正确. 4.（摩擦力的计算）如图所示，一质量M＝2 kg的物体放在动摩擦因数μ＝0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只质量m0＝0.1 kg的小桶相连.已知M与水平面间的最大静摩擦力Ffmax＝4.5 N，滑轮的摩擦不计，g取10 N/kg，求在以下情况中M受到的摩擦力的大小： （1）只挂m0时； （2）只挂m0，但在M上再放一个M'＝3 kg的物体时； （3）在桶内加入m1＝0.33 kg的沙子时. 解析　（1）因为m0g＝1 N＜Ffmax， M处于静止状态， 所以受静摩擦力作用，由二力平衡得 Ff1＝m0g＝1 N. （2）在M上再放一个M'＝3 kg的物体，M仍静止， 故所受静摩擦力Ff2＝Ff1＝m0g＝1 N. （3）因为（m0＋m1）g＝4.3 N＜Fmax，所以M处于静止状态， 所受静摩擦力Ff3＝（m0＋m1）g＝4.3 N. 答案　（1）1 N　（2）1 N　（3）4.3 N 学科网（北京）股份有限公司 $$