第3章 第3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（粤教版2019）

第三节　摩擦力 课程内容要求 核心素养提炼 1.通过分析摩擦现象，理解摩擦力的产生条件，会区分静摩擦力和滑动摩擦力． 2．会根据相对运动方向判断滑动摩擦力的方向，并根据f＝μFN计算其大小． 3．会根据相对运动趋势判断静摩擦力的方向，并会根据物体受力和运动情况，分析静摩擦力的大小和方向．通过实例，了解最大静摩擦力． 4．知道生产和生活中增大或者减小摩擦力的实例，有将摩擦力知识应用于生产和生活的意识． 1.物理观念： 知道滑动摩擦力概念及产生的条件，会判断滑动摩擦力的方向． 2．科学思维：通过实验认识静摩擦力的规律，知道最大静摩擦力． 3．科学探究：经历从静摩擦力到滑动摩擦力的研究过程，在此过程中培养观察、实验和分析问题的能力． 4．科学态度与责任：能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能综合应用物理知识解决实际问题，能指导工作和生活实践． 1．定义 两个相互接触并有挤压的物体之间发生相对运动时，在接触面上产生的阻碍物体相对运动的作用力，叫作滑动摩擦力． 2．方向 总是跟物体相对运动的方向相反，与它们的接触面相切． 3．大小 滑动摩擦力的大小f跟压力FN成正比，还跟接触面的性质有关，即f＝μFN，FN为压力，μ为动摩擦因数． 4．作用效果 总是阻碍物体间的相对运动． [思考] 汽车的轮胎和鞋子的底部有很多花纹，这些花纹有什么作用？ 提示　增大摩擦力． 1．定义：当两个相互接触的物体之间具有相对运动趋势时，物体间产生的摩擦力叫作静摩擦力． 2．方向：总是与物体相对运动趋势的方向相反，与它们的接触面相切． 3．最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值fmax，即物体刚要产生相对运动时的摩擦力． 4．静摩擦力的大小：两物体间实际产生的静摩擦力f在0与fmax之间，即0<f≤fmax． [思考] 受静摩擦力作用的物体一定静止吗？如图所示，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？ 提示　不一定静止，两物体只是相对静止．跑步时，脚和跑步机接触的时间内，脚并没有和跑步机发生相对运动，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． 人们的生产生活实际都与摩擦力有关，有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要尽量避免． 探究点一　滑动摩擦力的理解 1．如图甲所示，推装满货物的箱子很费劲，但是推空箱子却很轻松，这说明什么？ 提示　这说明物体滑动时受到的摩擦力大小与压力有关，压力越大，摩擦力越大． 2．如图乙所示，狗在冰面上很容易拉动雪橇，但是在马路上就拉不动，这说明什么？ 提示　这说明物体滑动时受到的摩擦力的大小与接触面的性质有关． 1．滑动摩擦力的产生条件 两物体缺一不可 2．滑动摩擦力大小的计算 (1)公式法：根据f＝μFN计算． (2)二力平衡法：物体做匀速直线运动时，可以根据二力平衡求解． [特别提醒]　(1)FN的理解：指两物体接触面间的压力，其大小不一定等于物体的重力． (2)动摩擦因数μ与物体的材料、接触面的粗糙程度有关，与接触面积的大小无关． (3)滑动摩擦力的大小与物体的速度大小无关． 3．滑动摩擦力的方向 滑动摩擦力的方向总是跟两物体的接触面相切并且跟它们相对运动的方向相反． [特别提醒]　(1)滑动摩擦力的方向可以与速度方向相同、也可以相反． (2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动，但不一定阻碍物体的运动． 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＝8.0 N时，木箱静止；当拉力F2＝10.3 N时，木箱做匀速运动，(g取9.8 N/kg)求： (1)木箱与地面间的动摩擦因数； (2)木箱在8.0 N的拉力作用下受到的摩擦力的大小； (3)木箱在12.0 N水平拉力作用下，受到的摩擦力的大小． 解析　(1)当拉力F2＝10.3 N时，木箱匀速运动，木箱水平方向受到拉力F2和滑动摩擦力f1，根据二力平衡条件有：f1＝F2＝10.3 N ① 木箱放在水平地面上，则有木箱对地面压力大小等于木箱的重力，即FN＝mg ② 根据滑动摩擦力公式f＝μFN，则木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝ ③ 联立①②③解得μ＝＝≈0.35. (2)当拉力F1＝8.0 N时，木箱静止，木箱水平方向所受到的静摩擦力f2与F1是一对平衡力，则有：f2＝F1＝8.0 N. (3)当拉力F3＝12.0 N时，木箱将在地面上滑动，此时木箱所受到的摩擦力为滑动摩擦力．由第(1)问可以知道，f3＝f1＝10.3 N. 答案　(1)0.35　(2)8.0 N　(3)10.3 N [训练1]　如图所示，物体在F＝100 N，方向水平向左的拉力作用下，沿水平面向右运动．已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，物体质量m＝5 kg，可知物体所受摩擦力为(g取10 m/s2)(　　) A．10 N，水平向左　　　　 B．10 N，水平向右 C．20 N，水平向左 D．20 N，水平向右 A　[物体相对地面运动，故物体受到滑动摩擦力，则摩擦力的大小为f＝μFN＝μmg＝0.2×5×10 N＝10 N；滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，故摩擦力方向水平向左，故A正确，B、C、D错误．] 探究点二　静摩擦力的有无及方向判断 1．如图所示，人用平行于地面的力推沙发，沙发没动，沙发相对地面有没有运动的趋势？运动趋势的方向是什么？ 提示　有，沙发相对地面有向右运动的趋势． 2．沙发相对地面处于什么状态？沙发在水平方向上是不是只受人的推力作用？为什么？ 提示　沙发与地面保持相对静止．根据二力平衡的知识可知，这时一定有一个力与推力平衡，这个力与人对沙发的推力大小相等、方向相反，即这个力的方向与沙发相对地面的运动趋势方向相反． 1．静摩擦力有无的判断 (1)条件判断：接触面间有压力，粗糙且有相对运动趋势． (2)假设法：假设接触面光滑，如物体改变原来的运动状态，则存在摩擦力．反之，不存在摩擦力． 2．静摩擦力方向的判断方法 (1)直接法：对于相对运动趋势比较明显的情况，可以根据“静摩擦力的方向沿着接触面与相对运动趋势的方向相反”直接判断． (2)假设法：若物体的相对运动趋势不易判断，可假设接触面光滑，看物体会怎样相对运动，根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向，进而判断静摩擦力的方向． (3)运动状态法：看除要研究的摩擦力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的受力特点，目前主要应用二力平衡的规律． 如图所示，物体A、B叠放在水平地面上，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B的摩擦力水平向左 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 [思路点拨]　 C　[对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等大反向，选项A、B错误；对B物体，由力的作用的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力方向相反，故B受到A的摩擦力水平向左，选项C正确；对A、B整体分析，由于A、B一起向左匀速运动，则地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，且水平向右，选项D错误．] [训练2]　如图所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数也相同．三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示．则下列说法正确的是(　　) A．A物体受到的摩擦力方向向右 B．三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零 C．B受到的摩擦力沿传送带向下 D．B、C受到的摩擦力方向相反 B　[A物体做水平方向的匀速直线运动，水平方向不受摩擦力，故A错误；B、C物体均有相对传送带向下滑动的趋势，故均受到沿传送带向上的静摩擦力，B正确，C、D错误．] 探究点三　静摩擦力大小的计算 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，木块开始移动，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)当测力计的示数为1 N时，木块受到的静摩擦力多大？逐渐增大拉力到2 N时，木块受到的静摩擦力多大？ 提示　1 N　2 N (2)随着拉力的增大，静摩擦力有什么变化？继续增大拉力到4 N时，木块开始移动，这说明了什么？ 提示　静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值，即木块与桌面间的最大静摩擦力为4 N． (3)此后木块匀速运动，拉力保持3.8 N不变，这说明什么？ 提示　说明木块与桌面间的滑动摩擦力为3.8 N，最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大． 1．静摩擦力大小的范围：0<f≤fmax. 2．静摩擦力大小计算：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． 3．最大静摩擦力：最大静摩擦力与物体间正压力成正比，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． 如图所示，A、B两物体重力都等于10 N，各接触面间动摩擦因数都等于0.3，F1＝1 N和F2＝2 N的两个水平力分别作用在A和B上，A、B均静止，则A受的摩擦力和地面对B的摩擦力大小分别为(　　) A．3 N，6 N　　　　　　　 B．1 N，2 N C．1 N，1 N D．0 N，1 N [思路点拨]　解此题注意以下几点： (1)A、B均静止，故A、B间存在静摩擦力，可对A受力分析进行判断． (2)B与地面相对静止，B与地面存在静摩擦力，可对A、B整体受力分析进行判断． C　[因两个物体都处于静止状态，故所受的摩擦力均为静摩擦力；对物体A受力分析可知：F1＝fA＝1 N；对A、B的整体，由平衡条件可知：F2＝F1＋fB，解得fB＝1 N，故选项C正确．] [训练3]　重为400 N的木箱静止在水平地面上，木箱与地面间的最大静摩擦力是85 N，动摩擦因数为0.15，如果用90 N的水平力推木箱，则木箱受到的摩擦力大小是(　　) A．85 N B．80 N C．60 N D．0 C　[木箱与地面间的最大静摩擦力是85 N，用90 N的水平力推木箱时，90 N大于85 N了，木箱要运动，此时受的摩擦力是滑动摩擦力，滑动摩擦力的大小为：f＝μFN＝0.15×400 N＝60 N，故C正确，A、B、D错误．] 1．(摩擦力的方向)下列情景中，物体M所受摩擦力f的示意图正确的是(　　) A．物体静止在粗糙的水平面上 B．汽车停在斜坡上 C．物体贴着竖直墙面自由下落 D．瓶子被握在手中处于静止状态 B　[物体静止在水平面上，与水平面间没有相对运动的趋势，不受摩擦力，故A项错误；小车相对斜面有向下运动的趋势，摩擦力与重力沿斜坡的分力平衡，汽车受沿斜坡向上的摩擦力，故B项正确；小物块贴着竖直墙面自由下落，与墙壁间无弹力，与墙壁间没有摩擦力，故C项错误；瓶子相对手有向下运动的趋势，则瓶子受摩擦力方向向上，故D项错误．] 2．(滑动摩擦力的计算)如图所示，将一张A4纸(质量可忽略不计)夹在水平放置的物理书内，书对A4纸的压力为3 N，A4纸与书内页面之间的动摩擦因数为0.3，要把A4纸从书中水平拉出，拉力至少应为(　　) A．0.9 N　　　B．1.8 N　　　C．9.0 N　　　D．18 N B　[A4纸与书上下两个接触面都有滑动摩擦力，则有f＝2μFN＝2×0.3×3 N＝1.8 N，当拉力等于滑动摩擦力时，拉力最小，所以有Fmin＝1.8 N．] 3．(静摩擦力的方向)如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是(　　) A．在M处受到的静摩擦力沿MN方向 B．在N处受到的支持力竖直向上 C．在M处受到的支持力竖直向上 D．在N处受到的静摩擦力沿水平方向 C　[原木相对于地面有向左运动的趋势，则在M处受到的摩擦力沿地面向右，A错误；原木在M处受到的支持力的方向与地面垂直向上，即竖直向上，C正确；原木在N处受到的支持力的方向与原木P垂直向上，不是竖直向上，B错误；因原木P有沿原木向下的运动趋势，所以在N处受到的静摩擦力沿MN方向，D错误．] 4．(摩擦力的计算)水平地面上静止一铁块，重力G＝200 N，它与地面间的最大静摩擦力为fm＝85 N，与地面间的动摩擦因数为μ＝0.4，某人用水平力F推它，则下列说法错误的是(　　) A．若F＝50 N，铁块受到的摩擦力大小为50 N B．若F＝83 N，铁块受到的摩擦力大小为83 N C．若F＝110 N，铁块受到的摩擦力大小为80 N D．若F＝100 N，铁块受到的摩擦力大小为85 N D　[铁块与地面间的最大静摩擦力为fm＝85 N，若推力F小于最大静摩擦力，则铁块静止，此时铁块受静摩擦力，由二力平衡条件可得静摩擦力大小等于推力，A、B正确；若推力F大于最大静摩擦力fm＝85 N，则铁块滑动，铁块受到的摩擦力大小f1＝μFN＝μG＝80 N，C正确，D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$