第2章 第2讲 摩擦力-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（人教版2019）

第2讲　摩擦力 第二章　相互作用——力 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　摩擦力有无及方向的判断 考点二　摩擦力的分析与计算 考点三　摩擦力的突变问题 内容索引 基础知识 自主梳理 一 3 一、静摩擦力与滑动摩擦力 项目 静摩擦力 滑动摩擦力 定义 两___________的物体间的摩擦力 两__________的物体间的摩擦力 产生 条件 (1)接触面________ (2)接触处有________ (3)两物体间有_________________ (1)接触面________ (2)接触处有________ (3)两物体间有________ 相对静止 相对运动　 粗糙 压力 相对运动趋势 粗糙　 压力 相对运动 项目 静摩擦力 滑动摩擦力 大小 (1)静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足0＜F≤Fmax (2)最大静摩擦力Fmax的大小与正压力大小______ Ff＝______ 方向 与受力物体相对运动趋势的方向______ 与受力物体相对运动的方向______ 作用效果 总是阻碍物体间的_______________ 总是阻碍物体间的___________ 有关 μF压 相反 相反 相对运动趋势 相对运动 相对运动 粗糙程度 二 核心知识 典例研析 7 考点一　摩擦力有无及方向的判断 基础考点 1．明晰“三个方向” 名称 释义 运动方向 一般指物体相对地面(以地面为参考系)的运动方向 相对运动方向 指以其中一个物体为参考系，另一个物体相对参考系的运动方向 相对运动趋势方向 导致两物体间存在静摩擦力，可以发生却没有发生的相对运动的方向 2.掌握静摩擦力有无及方向的判断“三法” (1)假设法：利用假设法判断的思维程序如下。 (2)状态法：先判明物体的运动状态，再利用牛顿第二定律(F＝ma)或平衡条件确定静摩擦力的大小及方向。 (3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。 [典例1]　(多选)(2023·广东广州模拟)图甲为小张站在阶梯电梯上随电梯匀速上行的情景，图乙为小李站在斜面电梯上随电梯匀速下行的情景。下列说法正确的是(　 　) A．阶梯电梯对小张没有摩擦力作用 B．斜面电梯对小李没有摩擦力作用 C．阶梯电梯对小张的作用力方向竖直向上 D．斜面电梯对小李的作用力方向竖直向上 ACD 图甲中电梯为阶梯电梯，对小张进行 受力分析，他受重力与支持力，两者 相互平衡，不受摩擦力作用，故A正 确；图乙中电梯为斜面电梯，小李受 到重力、垂直于斜面的支持力与沿斜面向上的静摩擦力，故B错误；由A中分析可知，阶梯电梯对小张的作用力方向竖直向上，故C正确；根据力的合成法则可知，小李所受支持力与摩擦力的合力与重力平衡，方向竖直向上，即斜面电梯对小李的作用力方向竖直向上，故D正确。 [典例2]　(多选)如图所示，水平地面上的L形木板上放着一小木块，木板与小木块间有一个处于拉伸状态的弹簧，整个装置处于静止状态。下列说法正确的是(　　) A．木板对小木块无摩擦力作用 B．木板对小木块的摩擦力方向向左 C．地面对木板的摩擦力方向向左 D．地面对木板无摩擦力作用 BD 对小木块受力分析，小木块受到重力、支持力、水平向右的弹簧的拉力和木板的摩擦力，根据平衡条件知，木板对小木块的摩擦力方向向左，故A错误，B正确；对整体受力分析，在竖直方向上受到的重力和支持力平衡，若地面对木板有摩擦力，则整体合力不为零，则整个装置不可能处于静止状态，故地面对木板无摩擦力作用，故C错误，D正确。 判断摩擦力有无及方向的三点注意 1．静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系，可能相同，也可能相反，还可能成一定的夹角。 2．分析摩擦力方向时，要注意静摩擦力方向的“可变性”和滑动摩擦力方向的“相对性”。 3．受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体也不一定是运动的。　 考点二　摩擦力的分析与计算　 基础考点 1．静摩擦力的分析与计算 (1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。 (2)物体有加速度时，若只受静摩擦力，则Ff＝ma。若除受静摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，先求合力再求静摩擦力。 2．滑动摩擦力的分析与计算 滑动摩擦力的大小用公式Ff＝μF压来计算，应用此公式时要注意以下几点： (1)μ为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关；F压为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力。 (2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关。 [典例3]　(2024·天津西青区模拟)在建筑工地上有时需要将一些建筑材料由高处送到低处，为此工人们设计了一种如图所示的简易滑轨：两根圆柱形木杆AB和CD相互平行，斜靠在竖直墙壁上，把一摞瓦放在两木杆构成的滑轨上，瓦将沿滑轨滑到低处。在实际操作中发现瓦滑到底端时速度较大，有可能摔破，为了防止瓦被损坏，下列措施中可行的是(　　)  A．减少每次运送瓦的块数 B．增多每次运送瓦的块数 C．减小两杆之间的距离 D．增大两杆之间的距离 D 要使瓦滑到底端的速度相对减小，应当增大瓦与杆之间的摩擦力，由于它们的粗糙程度一定，由Ff＝μFN知应增大FN1、FN2，由图可知，只有增大两杆之间的距离，才能增大FN1、FN2，故选D。 [典例4]　(多选)(2023·湖南长沙月考)如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上受到向右的拉力F的作用向右滑行，长木板处于静止状态。已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，则下列说法正确的是(　　) A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mg B．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)g C．当F>μ2(m＋M)g时，木板便会开始运动 D．无论怎样改变F的大小，木板都不可能运动 AD 由于木板未相对地面发生滑动，所以木板受到地面的摩擦力是静摩擦力，其大小不能用滑动摩擦力公式计算，由题意可知木块对木板的滑动摩擦力大小为μ1mg，木板处于静止状态，所受合外力为零，所以木板受到地面的摩擦力大小一定等于μ1mg，故A正确，B错误；由以上分析可知，无论怎样改变F的大小，木板所受木块的摩擦力都不大于地面对木板的最大静摩擦力，所以木板始终不可能运动，故C错误，D正确。 分析计算摩擦力时的三点注意 1．在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清其所受的是静摩擦力还是滑动摩擦力。 2．滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他公式判断，如利用平衡条件或牛顿第二定律列方程等。 3．“Ff＝μF压”中F压并不总是等于物体的重力。 考点三　摩擦力的突变问题 能力考点 当物体的受力情况发生变化时，摩擦力的大小和方向往往会发生变化，也可能导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。 常见的摩擦力突变模型如下： 分类 诠释 “静—静”突变   当作用在物体上的其他力的合力发生变化时，物体仍保持静止，而所受静摩擦力发生“突变”，则“突变”点是静摩擦力为零时 “静—动”突变   物体放在粗糙水平面上，作用在物体上的水平力F从零逐渐增大，当物体开始滑动时，物体受水平面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力 分类 诠释 “动—静”突变   滑块以v0冲上斜面做减速运动，当到达某位置时速度减为零而后静止在斜面上，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力 “动—动”突变   某物体相对于另一物体滑动的过程中，若相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”，“突变”点为两物体相对速度为零时 D 考向2　“动—静”突变 [典例6]　如图所示，斜面体固定在地面上，倾角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。质量为1 kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是选项图中的(取初速度v0的方向为正方向，g取10 m/s2)(　　) B 滑块上滑过程中受滑动摩擦力，Ff＝μFN，FN＝mg cos θ，联立得Ff＝6.4 N，方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mg sin θ＜μmg cos θ，滑块静止，滑块受到的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得Ff′＝mg sin θ，代入数据可得Ff′＝6 N，方向沿斜面向上，故选项B正确。 考向3　“静—动”突变 [典例7]　(多选)如图甲所示，A、B两个物体叠放在水平面上，B的上下表面均水平，A物体与一拉力传感器相连接，连接拉力传感器和物体A的细绳保持水平。从t＝0时刻起，用一水平向右的力F＝kt(k为常数)作用在B物体上，拉力传感器的示数随时间变化的图线如图乙所示，k、t1、t2已知，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。据此可求(　　) A．A、B之间的最大静摩擦力 B．水平面与B之间的滑动摩擦力 C．A、B之间的动摩擦因数μAB D．B与水平面间的动摩擦因数μ AB 当F大于B与水平面间的最大静摩擦力后，拉力传感器才有示数，水平面对B的最大静摩擦力为Ffm＝kt1，A、B相对滑动后，拉力传感器的示数保持不变，则FfAB＝kt2－Ffm＝k(t2－t1)，选项A、B正确；由于A、B的质量未知，则μAB和μ不能求出，选项C、D错误。 考向4　“动—动”突变 [典例8]　如图所示，足够长的传送带与水平面间的夹角为θ，传送带以速度v0逆时针匀速转动。在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数μ<tan θ，选沿传送带向下为正方向，则下列选项中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是(　　) D 当小木块速度小于传送带速度时，小木块相对于传送带向上滑动，小木块受到的滑动摩擦力沿传送带向下，加速度a＝g sin θ＋μg cos θ；当小木块速度与传送带速度相同时，由于μ<tan θ，即μmg cos θ<mg sin θ，所以速度能够继续增大，此时滑动摩擦力的大小不变，而方向突变为沿传送带向上，且a＝g sin θ－μg cos θ，加速度变小，则v-t图像的斜率变小，所以D正确。 1．(2023·江苏阜宁检测)把一重为G的物体用一个水平的推力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整墙面上(如图)，从t＝0开始，物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是(　　) B 推力F＝FN＝kt，开始时物体沿墙面竖直向下滑动，Ff＝μFN＝μkt，为正比例函数；当Ff增加到大于G时，物体开始减速，Ff继续增大；当速度减为零时，物体静止，此时摩擦力为静摩擦力，大小等于物体的重力且不再变化，故选B。 2．长直木板上表面的一端放有一铁块，木板由水平位置绕转轴O缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，转轴O不动，如图所示，则选项图中表示铁块受到的摩擦力Ff 随角度α的变化图像可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　) C 设木板与水平面间的夹角增大到θ时，铁块开始滑动。当α＜θ时，铁块与木板相对静止，由力的平衡条件可知，铁块受到的静摩擦力的大小为Ff＝mg sin α；当α≥θ时，铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力，设动摩擦因数为μ，由滑动摩擦力公式得，铁块受到的滑动摩擦力为Ff＝μmg cos α。通过上述分析知，当α＜θ时，静摩擦力随α角的增大按正弦规律增加；当α≥θ时，滑动摩擦力随α角的增大按余弦规律减小。所以C可能正确。 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 【A级　夯实基础】 1.《中国制造2025》是国家实施强国战略的行动纲领，智能机器制造是一个重要方向。如图所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与小球接触面保持竖直，则(　　) A．小球受到的摩擦力方向竖直向下 B．小球受到的摩擦力与重力大小相等 C．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大 D．若铁夹水平移动，小球受到的摩擦力变大 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，故A项错误，B项正确；增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不变，故C项错误；若水平移动铁夹，由于小球在竖直方向受力始终平衡，则小球受到的摩擦力大小不变，故D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2．一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图所示，其中F1＝10 N，F2＝2 N。若撤去F1，则木块受到的摩擦力为(　　)   A．10 N，方向向左　　　　 B．6 N，方向向右 C．2 N，方向向右 D．0 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 木块开始时在水平方向受三个力而平衡，所受的静摩擦力为Ff＝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，由于F2＝2 N，小于8 N，故木块仍能处于平衡，合力一定是0，故摩擦力为2 N，方向向右。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3．(多选)如图所示，甲、乙、丙三个物体质量相同，与地面间的动摩擦因数相同，受到三个大小相同的作用力F，当它们滑动时，下列说法正确的是(　　) A．甲、乙、丙所受摩擦力相同 B．甲受到的摩擦力最小 C．乙受到的摩擦力最大 D．丙受到的摩擦力最大 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 甲、乙、丙三个物体均在滑动，故受到的均是滑动摩擦力。甲、乙、丙三个物体对地面的压力大小分别为FN甲＝mg－F sin θ，FN乙＝mg＋F sin θ，FN丙＝mg，根据Ff＝μFN可知，滑动摩擦力的大小关系为Ff乙>Ff丙>Ff甲，故B、C正确，A、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4．(多选)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、C受到的摩擦力方向相同 D．B、C受到的摩擦力方向相反 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A物体与传送带一起匀速运动，它们之间无相对运动或相对运动趋势，即无摩擦力作用，A错误；B、C两物体虽运动方向不同，但都处于平衡状态，由沿传送带方向所受合力为零可知，B、C两物体均受沿传送带向上的摩擦力作用，B、C正确，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.(多选)(2024·湖北仙桃检测)如图所示，用水平力F拉着一物体在水平地面上做匀速直线运动，从t＝0时刻起水平力F的大小随时间均匀减小，到t1时刻，F减小为零。物体所受的摩擦力Ff随时间t变化的图像可能是(　　) AD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由题意可知，开始时物体做匀速运动，从t＝0时刻，拉力F开始均匀减小，t1时刻拉力减小为零，则摩擦力有两种可能，一种是当拉力为零时，物体仍在滑动，则受到的一直是滑动摩擦力，即大小不变，A正确；另一种是当拉力为零前，物体已静止，则物体先受到滑动摩擦力，后受到静摩擦力，滑动摩擦力大小不变，而静摩擦力的大小与拉力大小相等，因物体静止瞬间拉力小于滑动摩擦力大小，则物体静止瞬间静摩擦力小于滑动摩擦力大小，D正确，B、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.(多选)如图所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，小物块B置于斜面体上，并通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行。已知A、B、C都处于静止状态，则(　　) A．B受到C的摩擦力一定不为零 B．C受到地面的摩擦力一定为零 C．C有沿地面向右滑动的趋势， 一定受到地面向左的摩擦力 D．将细绳剪断，若B依然静止在斜面上，此时地面对C的摩擦力为零 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力平衡，则B与C间的摩擦力为零，A错误；将B和C看成一个整体，则B和C受到细绳斜向右上方的拉力作用，故C有向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力，B错误，C正确；将细绳剪断，若B依然静止在斜面上，利用整体法判断，B、C整体在水平方向上不受其他外力作用，处于平衡状态，则地面对C的摩擦力为零，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7．(2023·辽宁大连模拟)如图所示，在大小均为F的两个水平力的作用下，长方体物块A、B相对于水平地面保持静止。下列说法正确的是(　　) A．A、B间的摩擦力大小为F， B与水平地面间的摩擦力大小也为F B．A、B间的摩擦力大小为F， B与水平地面间的摩擦力为零 C．A、B间的摩擦力大小为2F，B与水平地面间的摩擦力大小为F D．A、B间的摩擦力大小为2F，B与水平地面间的摩擦力为零 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 以物块A为研究对象，根据受力平衡可知，B对A的摩擦力与水平力F平衡，则有Ff＝F；以物块A、B为整体，由于作用在物块A上的水平力F与作用在物块B上的水平力F大小相等，方向相反，根据受力平衡可知，B与水平地面间的摩擦力为零，故B正确，A、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9．如图所示，完全相同的A、B两物体放在水平地面上，与水平地面间的动摩擦因数均为μ＝0.2，每个物体的重力G＝10 N，设物体A、B与水平地面间的最大静摩擦力均为Fmax＝2.5 N。若对A施加一个向右的由0均匀增大到6 N的水平推力F，有四位同学将A物体所受的摩擦力FfA随水平推力F的变化情况在图中表示出来，其中表示正确的是(　　) D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A、B开始运动时，受到的推力为F＝2Fmax＝5 N。当推力F由0均匀增大到2.5 N时，A、B均未动，由平衡条件知FfA由0均匀增大到2.5 N；当推力F由2.5 N增大到5 N时，A受到的摩擦力等于最大静摩擦力，FfA＝2.5 N；当推力F由5 N增大到6 N时，A处于运动状态，FfA＝μG＝2 N，故D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.如图所示，有8个完全相同的长方体木板叠放在一起，每个木板的质量为100 g，某人用手在这叠木板的两侧分别加一大小为F的水平压力，使木板在空中水平静止。若手与木板之间的动摩擦因数为μ1＝0.5，木板与木板之间的动摩擦因数为μ2＝0.2，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，则水平压力F至少为(　　) A．8 N B．15 N C．16 N D．30 N B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 先把所有木板看成整体，由平衡条件知2μ1F1≥8mg，解得F1≥8 N；以中间6块木板为研究对象，要使木板不滑下去，由平衡条件知2μ2F2≥6mg，解得F2≥15 N，故F≥15 N，故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．(多选)打印机在正常工作的情况下，进纸系统能做到每次只进一张纸。进纸系统的结构示意图如图所示，设图中刚好有20张相同的纸，每张纸的质量均为m，搓纸轮按图示方向转动并带动最上面的第1张纸向右运动，搓纸轮与纸张之间的动摩擦因数为μ1，纸张与纸张之间、纸张与底部摩擦片之间的动摩擦因数均为μ2，工作时搓纸轮给第1张纸的压力大小为F。打印机正常工作时，下列说法正确的是(　　) A．第2张纸受到第3张纸的摩擦力方向向右 B．第10张纸与第11张纸之间的摩擦力大小 可能为μ2(F＋10mg) C.第20张纸与摩擦片之间的摩擦力为μ2(F＋mg) D．若μ1＝μ2，则进纸系统不能进纸 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 第2张纸相对第3张纸有向右运动的趋势，所以第2张 纸受到第3张纸的摩擦力方向向左，故A错误；工作 时搓纸轮给第1张纸的压力大小为F，第1张纸对第2 张纸的压力大小为F＋mg，第2张以下的纸没有运动， 只有运动趋势，所以第2张以下的纸之间以及第20张纸与摩擦片之间的摩擦力均为静摩擦力，大小均为μ2(F＋mg)，故B错误，C正确；若μ1＝μ2，搓纸轮与第1张纸之间的摩擦力为μ1F，第1张纸受到第2张纸的滑动摩擦力为μ2(F＋mg)，则有μ1F＜μ2(F＋mg)，搓纸轮与第1张纸之间会发生相对滑动，不会进纸，打印机不会正常工作，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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