第3章 第2节 摩擦力（Word教参）-【优化指导】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 物 [对应学生用书P59] 　(物理与生活)如图所示，一个玻璃瓶，将涂有洗洁精的一端交给男生握住；没有涂洗洁精的一端交给女生握住，然后进行“拔瓶”比赛，结果女生赢得比赛。请判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)比赛过程中，两位同学手和瓶子间的摩擦力都是静摩擦力。(　　×　　) (2)瓶子从男生手中“拔”出时，他受到的摩擦力为滑动摩擦力。(　　√　　) (3)比赛中，男生为了赢得比赛，手握瓶子更紧，目的是增大手与瓶子间的最大静摩擦力。(　　√　　) (4)玻璃瓶涂有洗洁精，实际是减小了手与瓶子间的动摩擦因数。(　　√　　) (5)若瓶子两端均涂有洗洁精，由于男生握力大，能获得比赛的胜利。(　　√　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 二、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。 　　↓ “静”指相对静止，物体可能是运动的。 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。 [对应学生用书P60] 探究点一___滑动摩擦力 花样滑冰是冰上运动项目之一。运动员通过冰刀在冰面上划出图形，并表演跳跃、旋转等高难度动作，如图所示。 [问题设计] (1)冰刀与雪地间有摩擦吗？ (2)为什么不穿钉子鞋？ 提示：(1)有摩擦。 (2)穿钉子鞋增大了滑动摩擦力，做不出优美动作。 1．滑动摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触且有挤压(有弹力)； (2)物体间的接触面粗糙； (3)两物体间发生相对运动。 2．滑动摩擦力的方向 与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反。 3．滑动摩擦力的大小 (1)根据公式F＝μFN计算； (2)根据二力平衡条件求解。 4．对μ的理解 μ是动摩擦因数，没有单位。它的数值与相互接触的两物体的材料、接触面的粗糙程度有关，与物体的受力情况、运动状态、接触面积的大小无关。 【例1】 如图所示，在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块。甲木块用一根水平轻绳固定在左边的竖直墙壁上，甲的质量为2 kg，甲、乙之间的动摩擦因数为0.2。现用F＝10 N的水平拉力把木块乙从右端抽出，重力加速度g取10 m/s2。关于甲所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．是静摩擦力，大小为2 N B．是静摩擦力，大小为4 N C．是滑动摩擦力，大小为2 N D．是滑动摩擦力，大小为4 N D　解析：木块乙从甲的右端抽出过程中，甲和乙发生相对运动，故甲、乙之间的摩擦力是滑动摩擦力，大小为f＝μm甲g＝0.2×2×10 N＝4 N，D正确。 [练1] 动摩擦因数与哪些因素有关(　　) A．接触面的粗糙程度 B．物体的重力 C．物体表面是否水平 D．物体是否受到外力 A　解析：动摩擦因数只跟接触面的材料和粗糙程度有关，A正确。 探究点二___静摩擦力 水杯是我们日常生活中经常使用的工具，使用过程中是否会发生突然滑落的情况呢？如图所示，用手握住水杯，水杯静止在空中。 [问题设计] (1)竖直的杯子在重力作用下，为何没有下滑？ (2)若减小手握水杯的力，水杯是否有可能滑落？ 提示：(1)杯子受到的静摩擦力与重力相等，处于静止状态，所以没有下滑。 (2)若减小手握水杯的力，摩擦力可能小于其重力，即水杯可能滑落。 1．静摩擦力产生的条件 (1)两物体的接触面粗糙； (2)两物体在接触面上有压力(弹力)； (3)两物体间有相对运动趋势。 2．静摩擦力的方向 (1)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状态)时，与使物体产生相对运动趋势的外力方向相反。 3．静摩擦力的大小 (1)范围：0<F≤Fmax； (2)计算：物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止状态)时，根据二力平衡条件求解； (3)最大静摩擦力：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。 注意：静摩擦力随外力的变化而变化，一般根据物体的受力情况和平衡条件求解。 【例2】 如图所示，水平面上有一个质量为4 kg的木箱，同时受到F1＝20 N和F2＝12 N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＝0.25，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2。 (1)此时木箱所受摩擦力的大小为多少？ (2)若将F1撤去，求木箱所受摩擦力大小。 答案：(1)8 N　(2)10 N，水平向左 解析：(1)物体所受最大静摩擦力为fm＝μFN＝μmg＝10 N 由题图知两个力的方向相反，则它们的合力 F合＝F1－F2＝20 N－12 N＝8 N<fm 所以木箱处于静止状态，所受摩擦力为静摩擦力，所以此时木箱所受摩擦力f1＝F1－F2＝8 N。 (2)只将F1撤去，因为F2＝12 N>fm 所以木箱向右滑动，木箱受到的摩擦力f2＝μmg＝10 N。 [练2] (多选)如图所示，人握住杆匀速向上爬，则下列说法正确的是(　　) A．人受到的摩擦力的方向是向上的 B．人受到的摩擦力的方向是向下的 C．若手握杆的力增加，人受到的摩擦力仍保持不变 D．手握杆的力越大，人受到的摩擦力越大 AC　解析：人握住杆匀速向上爬时，相对于杆有下滑的趋势，受到杆的静摩擦力方向向上，A正确，B错误；由于人是匀速运动的，人竖直方向受到重力和摩擦力，由二力平衡条件分析可知，人受到的摩擦力等于人的重力，保持不变，所以人握杆的力增大，并不会使人受到的摩擦力增大，C正确，D错误。 [练3] 如图所示，将一张A4纸(质量可忽略不计)夹在物理书内，书对A4纸的压力为3 N，A4纸与书之间的动摩擦因数为0.3，要把A4纸从书中拉出，拉力至少应为(　　) A．0.9 N B．1.8 N C．3 N D．3.6 N B　解析：A4纸与书上下两个接触面都有滑动摩擦力，则Ff＝2μFN＝2×0.3×3 N＝1.8 N，当拉力等于摩擦力时，拉力最小，所以有F＝1.8 N，B正确。 探究点三___解决实际问题 [练4] (生活情境)如图所示，工地上常用夹钳搬运砖块。已知砖块均为规格相同的长方体，每块质量为2.8 kg，夹钳与砖块之间的动摩擦因数为0.5，砖块之间的动摩擦因数为0.35，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，g取10 m/s2。搬运7块砖时，夹钳对砖块竖直一侧壁施加的压力大小至少应为(　　) A．196 N B．200 N C．392 N D．400 N B　解析：先将所有的砖块看作整体，受力分析，竖直方向受重力、静摩擦力，二力平衡，有：2μ1F≥7mg，可得F≥196 N；再考虑中间5块砖受力分析，竖直方向受重力、静摩擦力，二力平衡，有：2μ2F≥5mg，可得：F≥200 N；同理考虑中间3块砖和1块砖，综合可得F≥200 N，B正确，A、C、D错误。 [练5] (体育情境)冰壶比赛的冰道表面覆盖着特制的微小颗粒。如图所示，比赛时运动员常在冰壶滑行的前方用冰刷快速擦刷冰面，使冰壶滑得更远。设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ，受到的滑动摩擦力为f，则冰道被擦刷后(　　) A．μ和f都增大 B．μ和f都减小 C．μ增大，f减小 D．μ减小，f增大 B　解析：冰道被擦刷后变得更加光滑，所以动摩擦因数变小，滑动摩擦力也变小，B正确。 [练6] (生活情境)如图所示，人用手握住一个瓶子，并确保能使瓶子静止在竖直方向上，以下说法正确的是(　　) A．手握得越紧，瓶子受到的摩擦力不变 B．手握得越紧，瓶子与手之间的动摩擦因数就会越大 C．瓶子所受摩擦力的方向竖直向下 D．往瓶子里加水，瓶子受到的摩擦力不变 A　解析：瓶子保持静止，竖直方向受重力和静摩擦力，二力平衡，因而静摩擦力等于重力，静摩擦力方向竖直向上，手握得越紧，静摩擦力不变，动摩擦因数不变，B、C错误，A正确；往瓶子里加水，重力变大，所以瓶子受到的摩擦力会变大，D错误。 [对应学生用书P62] 1．关于摩擦力的说法，正确的是(　　) A．摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反 B．摩擦力可以是动力，也可以是阻力 C．摩擦力与压力成正比 D．有摩擦力肯定要有弹力，有弹力肯定也有摩擦力 B　解析：摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反，故摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相反，A错误；摩擦力的方向与物体的运动方向相同时为动力，与物体的运动方向相反时为阻力，B正确；滑动摩擦力与正压力成正比，静摩擦力介于0到最大静摩擦力之间，与正压力无关，C错误；有摩擦力肯定要有弹力，有弹力不一定有摩擦力，D错误。 2．如图所示，白板竖直放置且静止。某同学用笔在白板上写字，在写字的过程中(　　) A．白板对笔的作用力方向与白板平行 B．白板受到笔的摩擦力为静摩擦力 C．笔受到白板的摩擦力为滑动摩擦力 D．白板与笔接触的位置没有弹力的作用 C　解析：白板对笔的作用力有两个：摩擦力和弹力，则板对笔的作用力方向与白板不平行，A错误；白板受到的摩擦力为滑动摩擦力，笔受到的摩擦力为滑动摩擦力，B错误，C正确；白板与笔接触的位置发生形变，则白板对笔有弹力作用，D错误。 3.如图所示，重为100 N的物体在水平向左的力F＝20 N的作用下，以初速度v0沿水平面向右滑行。已知物体与水平面的动摩擦因数为0.20，则此时物体所受摩擦力为(　　) A．0 B．40 N，水平向左 C．20 N，水平向左 D．45 N，水平向左 C　解析：对物体进行受力分析，竖直方向受重力和支持力，二力平衡；水平方向受水平向左的拉力F，水平向左的摩擦力f，f＝μN＝20 N，方向水平向左，C正确，A、B、D错误。 4．(2020·北京卷)某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的F-t图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．实验中必须让木板保持匀速运动 B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线 C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7 D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数 C　解析：为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，题图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，可知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，A、B错误；最大静摩擦力约为10 N，滑动摩擦力约为7 N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，C正确；根据Ff＝μFN、FN＝mg可知，由于不知道物块的重力，无法求物块与木板间的动摩擦因数，D错误。 5．质量为3.0 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，木箱做匀速运动，g取10 m/s2。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求： (1)木箱与地面间的动摩擦因数； (2)木箱在8 N的拉力作用下受到的摩擦力大小； (3)木箱在14 N的水平拉力作用下，受到的摩擦力大小。 答案：(1)0.4　(2)8 N　(3)12 N 解析：(1)设木箱与地面间的动摩擦因数为μ，当拉力F2＝12 N时，木箱做匀速运动，此时木箱所受滑动摩擦力与F2大小相等，即f2＝μmg＝F2＝12 N，解得μ＝0.4。 (2)当拉力F1＝8 N时，木箱静止，此时木箱所受静摩擦力与F1大小相等，即f1＝F1＝8 N。 (3)木箱在14 N的水平拉力作用下一定处于运动状态，所以所受滑动摩擦力大小为12 N。 学科网（北京）股份有限公司 $$