第三章 2．摩擦力-【金版教程】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（人教版2019）

物理　必修 第一册 RJ 2．摩擦力 1．理解滑动摩擦力产生的条件，知道滑动摩擦力的方向及影响其大小的因素，掌握计算滑动摩擦力大小的公式。2.理解静摩擦力产生的条件，知道静摩擦力的方向，了解最大静摩擦力的概念。3.会综合判断摩擦力的方向，计算摩擦力的大小。 任务1　滑动摩擦力 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，但是在马路上就要用极大的力才能拉动，这说明什么？ 提示：这说明物体滑动时受到的摩擦力大小与接触面的性质有关。 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：沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。 3．大小：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。Ff＝μF压。μ是比例常数，叫作动摩擦因数。它的值跟接触面有关，接触面材料不同、粗糙程度不同，动摩擦因数也不同。由于物体对接触面的压力大小F压等于其所受支持力FN，所以动摩擦因数μ也可以表示为μ＝。 判一判 (1)滑动摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间。(　　) (2)动摩擦因数的大小与接触面的材料和粗糙程度有关。(　　) 提示：(1)√　(2)√ 1．滑动摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触并挤压。 (2)两物体间的接触面粗糙。 (3)两物体间存在相对运动。 2．“相对运动”的理解：滑动摩擦力存在于发生“相对运动”的两个物体之间，两个物体“相对运动”时，可能是一个相对参考系静止，另一个相对参考系在运动；也可能是一个相对参考系运动得快，另一个相对参考系运动得慢；还可能是两个物体相对参考系运动的方向相反。 3．滑动摩擦力的方向 (1)沿着接触面，并且跟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，还可能成任意夹角。由此可知滑动摩擦力可能是动力，也可能是阻力。 4．滑动摩擦力的大小 (1)公式法：根据公式Ff＝μF压计算。 ①压力F压是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，F压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、接触面积的大小无关。 (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1　(2024·云南省大理市高一上统考期末)如图所示，质量为m的物块放置在粗糙水平地面上，对其施加大小为2mg、方向竖直向下的恒力F作用，并使其获得水平向右的初速度v，物块开始向右滑动。若物块与地面之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则物块向右滑动过程中，地面对它的摩擦力大小为(　　) A．0 B．μmg C．2μmg D．3μmg [规范解答]　地面对物块的滑动摩擦力大小为f＝μFN，物块受到地面的支持力为FN＝mg＋F，又F＝2mg，联立解得f＝3μmg，故选D。 [答案]　D 例2　(2023·陕西省西安市高一统考期末)如图所示，质量为1 kg的物体放在水平地板上，用一原长为6 cm的轻质弹簧水平拉该物体，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为8.5 cm。已知弹簧的劲度系数k＝100 N/m，g取10 m/s2。求： (1)物体所受滑动摩擦力的方向和大小； (2)物体与地板间的动摩擦因数μ； (3)若在物体运动过程中撤去拉力，在物体继续向前滑行的过程中，物体受到的摩擦力是多大？ [规范解答]　(1)当弹簧拉着物体匀速前进时，物体受力平衡，根据二力平衡条件可得，此时物体所受滑动摩擦力大小Ff＝F，方向水平向左 又由胡克定律得F＝kΔx 代入数据可得Ff＝2.5 N。 (2)根据Ff＝μFN 又FN＝mg 可得物体与地板间的动摩擦因数为 μ＝＝＝0.25。 (3)若在物体运动过程中撤去拉力，在物体继续向前滑行的过程中，物体受到的摩擦力仍为滑动摩擦力，因压力和接触面均不变，故所受摩擦力大小仍为2.5 N。 [答案]　(1)方向水平向左　2.5 N (2)0.25　(3)2.5 N (1)对处于平衡状态的物体，可以根据二力平衡条件求解物体间的滑动摩擦力，再根据滑动摩擦力公式Ff＝μF压，就可求解物体间的动摩擦因数或压力。 (2)滑动摩擦力大小与物体相对接触面的运动快慢无关。由公式Ff＝μF压，可知影响滑动摩擦力大小的因素只有两个：动摩擦因数μ和压力F压。 [跟进训练]　如图所示，一个在水平面上向右运动的物体，质量为40 kg，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.1，在运动过程中，还受到一个水平向左、大小为20 N的力的作用。取g＝10 N/kg，则物体受到水平面的滑动摩擦力为(　　) A．40 N，向右 B．40 N，向左 C．20 N，向右 D．20 N，向左 答案：B 解析：根据滑动摩擦力公式可知，Ff＝μF压＝μmg＝0.1×40 kg×10 N/kg＝40 N，方向与物体相对水平面的运动方向相反，为水平向左，B正确，A、C、D错误。 任务2　静摩擦力 如图所示，人用平行于地面的力推沙发，沙发没有被推动，沙发相对地面有没有运动的趋势？运动趋势的方向是什么？沙发相对地面处于什么状态？沙发在水平方向上只受人的推力作用吗？ 提示：有。沙发相对地面有向右运动的趋势。沙发相对地面处于静止状态。根据二力平衡的知识可知，这时一定有一个力与人的推力平衡，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运动趋势的方向相反。 1．定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时的摩擦力叫作静摩擦力。 2．方向：沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。 3．最大静摩擦力：静摩擦力的增大有一个限度。沿水平方向拉木块时，木块所受静摩擦力的最大值Fmax在数值上等于物体即将开始运动时的拉力。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。 思考：受到静摩擦力作用的物体是否一定处于静止状态？ 提示：不一定。存在静摩擦力的两个物体是“相对”静止的，但这两个物体是否处于静止状态，与选取的参考系有关。如果选这两个物体中的一个作为参考系，那么它们都是静止的；如果选择这两个物体之外的其他物体作为参考系，那么这两个物体可能是运动的，也可能是静止的。 1．判一判 (1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。(　　) (2)运动的物体一定会受到滑动摩擦力的作用，静止的物体所受的摩擦力一定为零。(　　) 提示：(1)×　(2)× 2．想一想 如图，用手紧握住一个油瓶保持静止，油瓶始终处于竖直方向，手握得越紧，油瓶所受摩擦力越大吗？ 提示：根据二力平衡可知，油瓶所受静摩擦力的大小始终等于其重力大小。手握得越紧，只是手对油瓶压力增大，最大静摩擦力增大。 1．静摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触并挤压。 (2)两物体间的接触面粗糙。 (3)两物体相对静止，但有相对运动的趋势。 2．静摩擦力的方向 (1)静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反。可利用假设法判断，即假设接触面光滑，物体相对于它接触的物体运动的方向，就是相对运动趋势方向。例如：静止在斜面上的物体受到的静摩擦力的方向沿斜面向上。(如图甲) (2)静摩擦力的方向与物体的运动方向可以成任意角度，如图乙所示。 3．静摩擦力大小的分析 (1)两物体间静摩擦力的增大有一个限度，超过这个限度两物体就会发生相对运动，处于这个限度时两物体间的静摩擦力就是两物体间的最大静摩擦力。 (2)静摩擦力的大小范围：0<F静≤Fmax。当物体处于平衡状态时，静摩擦力的大小可以根据二力平衡来分析、计算。 (3)两物体间的静摩擦力不会随两物体间压力的增大或减小而改变，但两物体间的最大静摩擦力会随两物体间的压力的增大而增大。 最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力Ff＝μF压，一般情况可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。 例3　在车站、商场、机场、展览馆和体育馆等人流集中的地方，通常会安装自动扶梯(图1)或自动人行道(图2)，当一人分别站在左面的自动扶梯与右面的自动人行道从一楼匀速上到二楼的过程中，下列说法正确的是(　　) A．都受到沿运动方向的摩擦力 B．都受到水平向后的摩擦力 C．在图1中不受摩擦力，在图2中受到沿运动方向的摩擦力 D．在图1中受到水平向后的摩擦力，在图2中不受摩擦力 [规范解答]　图1中，当人随自动扶梯向上匀速运动时，人相对扶梯没有运动，也没有运动趋势，故人不受摩擦力；图2中，自动人行道为斜面，人相对自动人行道有沿自动人行道向下的运动趋势，故人受到沿自动人行道向上的摩擦力。故C正确，A、B、D错误。 [答案]　C 例4　(2023·河北省唐山市高一上期末)如图所示，是一同学从t＝0时刻起逐渐增加水平推力，推动水平地面上的箱子过程中三个时刻(t1、t2、t3)的漫画图。假设t1时刻同学对箱子的推力为5 N，t2时刻推力为10 N，t3时刻推力为15 N。下列说法正确的是(　　) A．t1时刻箱子受到地面的摩擦力等于5 N B．箱子对地面的压力就是箱子的重力 C．t2时刻箱子受到地面的摩擦力大于10 N D．箱子与地面间的滑动摩擦力一定为15 N [规范解答]　t1时刻箱子处于静止状态，根据二力平衡条件可知，箱子受到地面的摩擦力等于5 N，A正确；箱子对地面的压力与箱子的重力大小相等，但两个力性质不同，不能说箱子对地面的压力就是箱子的重力，B错误；t2时刻箱子仍处于静止状态，箱子受到地面的摩擦力等于10 N，C错误；t3时刻用15 N的力把箱子推走了，此时的推力大于箱子与地面间的最大静摩擦力，由滑动摩擦力与最大静摩擦力的关系可知，箱子与地面的滑动摩擦力小于15 N，D错误。 [答案]　A 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 难度 ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★ 对应考点/知识点 滑动摩擦力的方向 动摩擦因数的理解 动摩擦因数、滑动摩擦力大小相关计算 静摩擦力的理解 最大静摩擦力的有无及方向的判断 最大静摩擦力与滑动摩擦力综合分析计算 题号 7 8 9 10 11 12 难度 ★★ ★★ ★★ ★ ★★ ★★ 对应考点/知识点 弹力和摩擦力综合辨析 滑动摩擦力、静摩擦力的综合辨析 静摩擦力方向的分析　 静摩擦力大小、方向的分析、计算 静摩擦力与滑动摩擦力综合分析 滑动摩擦力综合分析 知识点一　滑动摩擦力 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 答案：B 解析：物体所受滑动摩擦力与其相对运动的方向相反，若v1＜v2，则货物A相对汽车B向右运动，故货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力，汽车B相对货物A向左运动，故汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力，故A错误，B正确；若v1＞v2，则货物A相对汽车B向左运动，故货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力，汽车B相对货物A向右运动，故汽车B受到了货物A所施加的向左的滑动摩擦力，故C、D错误。 2．关于动摩擦因数，下列说法正确的是(　　) A．两接触面间压力越大，动摩擦因数越大 B．两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数越大 C．两物体间的动摩擦因数与滑动摩擦力成正比，与两物体间的压力成反比 D．两物体间的动摩擦因数由两物体的材料和接触面的粗糙程度决定，与滑动摩擦力和正压力无关 答案：D 解析：动摩擦因数只与接触面的粗糙程度、相互接触的物体的材料有关，D正确，A、B、C错误。 3．质量为3 kg的木块放在水平地板上，用F＝6 N的水平拉力拉该木块时，木块恰能做匀速直线运动。g取10 N/kg。 (1)求木块与地板间的动摩擦因数。 (2)若将F的方向改为竖直向上作用于该木块上，则此时应加一个多大的水平拉力，才能使该木块保持匀速直线运动状态？ 答案：(1)0.2　(2)4.8 N 解析：(1)木块做匀速直线运动，所受的滑动摩擦力Ff1＝F 而Ff1＝μFN，FN＝mg 联立并代入数据解得μ＝0.2。 (2)将F的方向改为竖直向上后，水平地板对木块的支持力FN′＝mg－F 设所加水平拉力大小为F′，要使木块保持匀速直线运动，则F′＝Ff2 又Ff2＝μFN′ 联立解得F′＝4.8 N。 知识点二　静摩擦力 4．某同学值日时使用磁性黑板擦擦黑板，擦完后将黑板擦吸附在竖直黑板上。下列说法正确的是(　　) A．擦黑板时由于黑板静止不动，所以黑板受到黑板擦的力是静摩擦力 B．黑板擦可以吸附在黑板上，是因为黑板擦受到的磁力与重力相等 C．若黑板是光滑的，无论黑板擦磁性多强，它都不能吸附在黑板上 D．黑板擦吸附在黑板上时，如果再给黑板擦施加一个水平压力，黑板擦受到的摩擦力将增大 答案：C 解析：擦黑板时黑板擦与黑板间发生相对滑动，黑板受到黑板擦的力是滑动摩擦力，故A错误；黑板擦可以吸附在黑板上，是因为黑板擦受到的静摩擦力与重力相等，故B错误；若黑板是光滑的，黑板擦与黑板间摩擦力为零，无论黑板擦磁性多强，它都不能吸附在黑板上，故C正确；黑板擦吸附在黑板上时，如果再给黑板擦施加一个水平压力，黑板擦受到的静摩擦力仍与重力平衡，大小不变，故D错误。 5．如图所示，一轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接，弹簧与水平地面平行。物块在A、B两点弹簧均发生形变且恰好均能静止，关于物块，下列说法正确的是(　　) A．在A点不受摩擦力 B．在A点所受摩擦力方向向左 C．在B点不受摩擦力 D．在B点所受摩擦力方向向左 答案：B 解析：由题意可知，物块在A、B两点时均受弹簧弹力且静止，根据二力平衡知，物块在A、B两点均受到摩擦力作用，故A、C错误；由题意可知，物块在A、B点时，弹簧的弹力大小均等于物块所受的最大静摩擦力，则物块在A点时弹簧处于压缩状态，所受弹簧弹力向右，物块在B点时弹簧处于伸长状态，所受弹簧弹力向左，根据二力平衡可知，物块在A点时所受摩擦力方向向左，物块在B点时所受摩擦力方向向右，故B正确，D错误。 6．(2024·北京市西城区北京师大附中高一上校考期末)(多选)重为100 N的木箱放在水平地板上，至少要用32 N的水平推力，才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后，用30 N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速直线运动。由此可知(　　) A．木箱与地板间的最大静摩擦力为32 N B．木箱所受的滑动摩擦力为32 N C．木箱与地板间的动摩擦因数为0.32 D．如果用20 N的水平推力推静止的木箱，木箱所受的摩擦力为20 N 答案：AD 解析：根据“至少要用32 N的水平推力，才能使它从原地开始运动”可知，木箱与地板间的最大静摩擦力为32 N，故A正确；根据“用30 N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速直线运动”可知，木箱所受的滑动摩擦力为30 N，故B错误；根据Ff＝μFN和FN＝G＝100 N可知，木箱与地板间的动摩擦因数为μ＝＝0.3，故C错误；如果用20 N的水平推力推静止的木箱，推力小于木箱与地板间的最大静摩擦力，木箱不动，处于静止状态，则木箱所受的摩擦力为静摩擦力，大小为20 N，故D正确。 7．关于弹力和摩擦力，下面几种说法中正确的是(　　) A．摩擦力的方向总与物体运动的方向相反 B．有摩擦力就一定有弹力 C．弹力的大小总是与物体的重力成正比 D．同一接触面处弹力和摩擦力的方向一定不垂直 答案：B 解析：摩擦力的方向总与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反，而与物体运动的方向没有必然关系，A错误；由于摩擦力的产生条件之一就是接触面间有挤压，故存在摩擦力的接触面间一定存在弹力，B正确；弹力的大小与物体的重力没有必然联系，比如按在竖直墙壁上的物体，弹力与重力无关，C错误；弹力垂直于接触面，而摩擦力沿接触面，故同一接触面处二者方向一定垂直，D错误。 8．(2024·黑龙江省哈尔滨市高一上期末)(多选)关于摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．滑动摩擦力的方向一定与速度反向 B．物体在另一个物体表面滑动，但不一定受到摩擦力 C．摩擦力总是阻碍物体的运动 D．静止的物体可能受滑动摩擦力，运动的物体可能受静摩擦力 答案：BD 解析：滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动，可以与速度方向相反，也可以与速度方向相同，故A错误。物体在另一个物体表面滑动，当接触面光滑或两物体之间压力为零时，则该物体不受摩擦力作用，故B正确。摩擦力总是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势，故C错误。静止的物体可以受滑动摩擦力，只要有相对运动即可；运动的物体可能受静摩擦力，如在倾斜无台阶电梯的作用下向斜上方运动的人受到的是静摩擦力，故D正确。 9．如图为运动员莫有雪在田径世少赛上奔跑途中的两个瞬间，用F1、F2分别表示莫有雪在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于F1、F2的方向，以下说法正确的是(　　) A．F1向后，F2向后 B．F1向前，F2向前 C．F1向前，F2向后 D．F1向后，F2向前 答案：C 解析：人在奔跑时，脚与地面相对静止，受到静摩擦力的作用。题图甲中，脚用力向后蹬，相对地面有向后滑的趋势，受到向前的静摩擦力，即F1向前；题图乙中，脚相对地面有向前滑的趋势，受到的静摩擦力向后，即F2向后。故C正确。 10．如图，一个木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力作用，木块处于静止状态。其中F1＝10 N、F2＝2 N，则摩擦力的大小、方向为(　　) A．10 N，方向向左 B．2 N，方向向右 C．8 N，方向向左 D．零 答案：C 解析：对木块受力分析，木块受重力、支持力、F1、F2和静摩擦力，根据木块处于静止状态，水平方向有F1＝F2＋Ff，解得Ff＝8 N，方向向左，C正确，A、B、D错误。 11．如图所示，质量为m的木块在质量为M的木板上滑行，木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与木板间的动摩擦因数为μ2，木板一直静止，则(　　) A．木块受到向右的静摩擦力 B．木板受到木块向左的滑动摩擦力 C．木板与地面之间的摩擦力大小为μ1(m＋M)g D．木块给木板的摩擦力大小为μ2mg 答案：D 解析：木块相对木板向右运动，故木块受到木板向左的滑动摩擦力，大小为Ff＝μ2FN＝μ2mg，力的作用是相互的，故木块对木板有向右的滑动摩擦力，大小为μ2mg，故A、B错误，D正确；木板静止，所以木板与地面之间的摩擦力为静摩擦力，大小等于木块对木板的摩擦力大小，也为μ2mg，而不能用滑动摩擦力的公式计算，故C错误。 12．(2023·湖南省郴州市高一上期末教学质量监测)学习摩擦力时，小明同学做了一个小实验，他的实验装置如图，将一重力不计的白纸铺在水平桌面上，纸的一部分伸出桌边，再在白纸上放一本笔记本。用水平拉力F将白纸从笔记本底下向右抽出(笔记本未从桌面滑落)，已知笔记本重力为G，所有接触面间的动摩擦因数均为μ，则在白纸被抽出的过程中(　　) A．白纸对笔记本的摩擦力方向向左 B．抽动瞬间，白纸受到的摩擦力为2μG C．笔记本与白纸间的摩擦力大小始终等于μG D．抽动瞬间，拉力F越大，笔记本与白纸间的摩擦力越大 答案：B 解析：在白纸被抽出的过程中，笔记本相对白纸向左运动，则白纸对笔记本的摩擦力方向向右，故A错误；抽动瞬间，白纸上下两个面分别受到向左的滑动摩擦力，根据滑动摩擦力公式可得每个面受到的摩擦力大小均为Ff＝μFN＝μG，则白纸受到的摩擦力为Ff总＝2Ff＝2μG，故B正确；在开始的一段时间内，笔记本与白纸之间的压力为G，此时的摩擦力大小为μG，当白纸滑过笔记本的中心线时，白纸和笔记本之间的压力小于G，且随着白纸的运动，压力逐渐减小到零，笔记本与白纸间的滑动摩擦力也随之减小一直到零，故C错误；滑动摩擦力只与接触面的粗糙程度和正压力有关，抽动瞬间，拉力F越大，白纸运动得越快，但白纸受到的正压力和接触面的粗糙程度不变，所以笔记本与白纸间的摩擦力不变，故D错误。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$