3.2 摩擦力 课件 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

新人教版 高中物理 必修一 第三章　相互作用——力 第 2课 摩擦力 导入与思考 用弹簧测力计拖动水平固定木板上的木块，使它做匀速运动，测力计的示数等于木块所受摩擦力的大小。改变木块和木板之间的压力，摩擦力的大小也随之改变。 如果摩擦力的大小跟压力的大小存在某种定量关系的话，它们可能是怎样的关系呢？ 学习目标 01 02 03 理解静摩擦力产生的条件、方向，了解最大静摩擦力的概念. 知道摩擦力的定义及分类. 理解滑动摩擦力产生的条件、方向及影响其大小的因素，掌握计算滑动摩擦力的公式. 知识点 1 滑动摩擦力 1.定义：两个相互接触的物体，当它们 时，在接触面上会产生一种 的力，这种力叫作滑动摩擦力，用Ff表示. 阻碍相对运动 相对滑动 V=0 Ff 2.方向：总是沿着 ，并且跟物体 的方向相反. 接触面 相对运动 相对运动 V=0 相对运动 Ff V=0 Ff 3.大小 实验一 (1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成 ，还跟接触面的粗糙程度、材质等有关. (2)公式：Ff＝ . 正比 μFN 实验二 (3)动摩擦因数μ：它的值跟两接触面的 和 有关.动摩擦因数μ＝ ，Ff在接触面内且与相对运动方向 ，FN与接触面 . 材料 粗糙程度 相反 垂直 小资料 按如图1所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动. (1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系？ （2）在木块上添加重物，增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？ 相等 增大 （3）在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？ 增大 探究思考 探究思考 (1)如图2所示，B的速度v2大于A的速度v1，画出A、B所受滑动摩擦力的方向.(水平地面光滑) (2)滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？ 滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动，但与物体的运动方向可能相同，也可能相反，即滑动摩擦力可能是动力，也可能是阻力. 深入理解 1.滑动摩擦力的产生条件 (1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力). (2)接触面粗糙. (3)两物体间有相对运动. 2.滑动摩擦力的方向 (1)滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体相对运动的方向相反. (2)滑动摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动，而不是阻碍物体的运动，所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能相反，还可能成任意夹角. 3.滑动摩擦力的大小 由公式Ff＝μFN计算(也可以由二力平衡来求解) (1)FN是两个相接触的物体间的压力，它不一定等于重力. (2)动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和粗糙程度决定，与FN和Ff无关. (3)滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关. 例1　（2022·广东·北京师范大学珠海分校附属外国语学校高一期末）关于滑动摩擦力，下列说法中正确的是（  ） A．有滑动摩擦力作用的两物体间不一定有弹力 B．滑动摩擦力总是与物体的重力成正比 C．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动 D．滑动摩擦力总是与物体的运动方向相反 典型例题 【答案】C 【详解】有滑动摩擦力作用的两物体间一定有弹力，有弹力不一定有摩擦力，选项A错误；滑动摩擦力总是与物体之间的压力成正比，不一定与重力成正比，选项B错误；滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，选项C正确；滑动摩擦力总是与物体的相对运动方向相反，选项D错误；故选C. 1 （2022·江西·兴国中学高三阶段练习）试卷读卡器的原理可简化成如图所示的模型，搓纸轮与答题卡之问的动摩擦因数为，答题卡与答题卡之间的动摩擦因数为，答题卡与底部摩擦片之间的动摩擦因数为，正常情况下，读卡器能做到“每次只进一张答题卡”。搓纸轮沿逆时针方向转动，带动第一张答题卡向左运动，下列说法正确的是（　　） A．第一张答题卡受到搓纸轮的摩擦力向右 B．后一张答题卡受到前一张答题卡的摩擦力向右 C．最后一张答题卡受到摩擦片的摩擦力向右 D． 变 式 【答案】C 【详解】A．搓纸轮转动带动第一张答题卡运动时，答题卡有相对搓纸轮向右运动的趋势，受到搓纸轮的摩擦力向左，故A错误；B．前一张答题卡有相对后一张答题卡向左运动或运动趋势，则后一张答题卡受到前一张答题卡的摩擦力向左，故B错误；C．最后一张答题卡有相对摩擦片向左运动的趋势，受到摩擦片的摩擦力向右，故C正确；D．对第一张答题卡，能向左运动，有 ，最后一张答题卡不能有相对滑动，有 ，故D错误。故选C。 例2　（2022·云南·罗平县第二中学高一期末）关于由滑动摩擦力公式 推出的 ，下列说法正确的是（　　） A．动摩擦因数μ与摩擦力Ff成正比，Ff越大，μ越大 B．动摩擦因数μ的大小由两物体接触面的情况及其材料决定 C．动摩擦因数μ与Ff成正比，与FN成反比 D．动摩擦因数μ与正压力FN成反比，FN越大，μ越小 典型例题 【答案】B 【详解】动摩擦因数μ的大小由两物体接触面的情况及其材料决定,与Ff和FN均无关，故ACD错误，B正确。 2 （2022·甘肃·华池县第一中学高一期末）一块质量为1kg、长为0.4m的匀质长木板放在固定的水平桌面上，已知木板与桌面间的动摩擦因数为μ＝0.2，重力加速度g取10m/s2，当用水平力F＝3N推木板，使它经过如图所示的位置时，桌面对木板的摩擦力为（　　） A．3N B．2N C．1.5N D．0.5N 变 式 【答案】B 【详解】因为木板被推动，所以木板受的摩擦力为滑动摩擦力，木板对桌面的压力FN＝mg＝10N,所以桌面对木板的滑动摩擦力为Ff＝μFN＝2N，故选B。 导入与思考 相互接触的物体处于相对静止时，是不是也可能存在摩擦力？ 用力推石头，石头不动 车停在斜坡上，不下滑 手能握住水杯 知识点 2 静摩擦力 1.定义：相互接触的两个物体之间只有 ，而没有 时，这时的摩擦力叫作静摩擦力. 2.方向：总是沿着 ，跟物体 的方向相反. 相对运动 相对运动的趋势 接触面 相对运动趋势 V=0 F=0 f静 没有相对运动 相对运动趋势方向 二力平衡：f静=F 没有相对运动 相对运动趋势方向 F f静 V=0 演 示 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 时的拉/推力. 即将开始运动 fmax 0<f静≤Fmax 0 4.静摩擦力的大小：数值上等于物体受到的拉/推力，两物体之间实际产生的静摩擦力Ff在 与最大静摩擦力 之间，即 。 Ff=μFN f静=F拉 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 fmax 探究思考 （1）说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1 N的力，也就是桌面对木块的静摩擦力. （2）静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值. 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)木块受到的拉力为1 N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？ (2)随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？ 深入理解 1.静摩擦力的产生条件： (1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力). (2)接触面粗糙. (3)两物体间有相对运动的趋势. 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)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，与使物体产生运动趋势的外力方向相反. 深入理解 3.静摩擦力的大小： (1)范围：0＜F≤Fmax. (2)计算：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解. F增大，静摩擦力也增大，总有：f静=F (3)静摩擦力大小与正压力无关，但最大静摩擦力随正压力增大而增大. 正压力增大时，静摩擦力大小不变，但最大值增大 4.说明 (1)静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，与运动方向可能相同，也可能相反. (2)静摩擦力发生在相对静止的两物体之间，受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，运动的物体也可能受静摩擦力作用. 运动方向 f静 滑块跟传送带一起运动 例3　（2022·全国·高一课时练习）关于静摩擦力，下列说法中正确的是（　　） A．受静摩擦力作用的物体一定是静止的 B．静摩擦力总是阻力 C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反 D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值 典型例题 【答案】C 【详解】A．静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间，但物体可以是运动的， A错误；BC．静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，但可能与运动方向相同， B错误C正确；D．两个物体之间的静摩擦力是根据受力平衡来确定的，因此其值是可以变化的，D错误。故选C。 3 （2022·福建省厦门集美中学高一期中）如图所示，用大小为100N的握力握住一个重为40N的瓶子.瓶子竖直，始终处于静止状态，已知手掌与瓶子间的动摩擦因数μ=0.5，则（　　） A．瓶子受到的摩擦力大小为50N B．当握力进一步增大时，瓶子受到的摩擦力将成正比增大 C．当握力持续减小时，瓶了受到的摩擦力大小将持续减小 D．瓶子受到的最大静摩擦力随握力的增大而增大 变 式 【答案】D 【详解】A．瓶子重力为40N，处于静止状态，则瓶子受到的摩擦力大小等于重力，为40N，故A错误；BC．当握力再增大或减小时，瓶子受到的重力不变，根据平衡条件可知，摩擦力不变，故BC错误；D．根据Fmax=μFN 可知最大静摩擦力与正压力成正比，所以当握力进一步增大时，瓶子与手之间的最大静摩擦力将增大，故D正确。 1.计算摩擦力时首先判断是滑动摩擦力还是静摩擦力，只有滑动摩擦力才可以用公式Ff＝μFN计算，且FN与物体的重力无必然联系. 2.正压力相同时，最大静摩擦力比滑动摩擦力略大，如不加说明，可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，此时最大静摩擦力也可由公式fmax＝μFN求得. 知识点 3 摩擦力的综合分析与计算 解题技巧 例4　（2022·全国·高一课时练习）如图所示，一质量不计的弹簧原长为10cm，一端固定于质量m=2kg的物体上，在另一端施加一水平拉力F。若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，当弹簧拉长至12cm时，物体恰好做匀速运动（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，g取10m/s2，弹簧始终在弹性限度内）。 （1）求弹簧的劲度系数； （2）若将弹簧拉长至11cm时，求稳定后物体受到的摩擦力大小； （3）若将弹簧拉长至13cm时，求物体受到的摩擦力大小； （4）若运动过程中突然撤去拉力，求此时物体受到的摩擦力大小。 典型例题 【答案】（1）200N/m；（2）2N；（3）4N；（4）4N 【详解】（1）物体做匀速运动时，根据平衡条件有 ，解得 （2）将弹簧拉长至11cm时，根据胡克定律得弹力大小为 ，由最大静摩擦力等于滑动摩擦力，可得 ，故物体处于静止状态，所受静摩擦力为 ； （3）将弹簧拉长至13cm时，弹力大小为 ，物体将运动，此时所受到的滑动摩擦力为 ； （4）撤去拉力时，物体运动过程中受到的是滑动摩擦力 4 （2022·全国·高一专题练习）在研究摩擦力特点的实验中，小强将0.8kg的木块放在水平长木板上，如图甲所示，用力沿水平方向向左拉长木板，将拉力F从零开始缓慢增大，直到长木板被抽出。在整个实验过程中，用力传感器采集木块受到的摩擦力并用计算机绘制出摩擦力Ff随时间t变化的图像，如图乙所示。此后小强将长木板固定在水平桌面上，换用劲度系数为20N/m、原长为10cm的轻质弹簧拉静止在长木板上的木块，如图丙所示，重力加速度取10 m/s2。 （1）求长木板与木块的动摩擦因数； （2）若将轻质弹簧拉长至15cm时，木块受到摩擦力； 变 式 【答案】（1）0.4；（2）1N，方向水平向左 【详解】(1)由图乙可以，长木板抽出时，滑动摩擦力为3.2N，则有 ，解得 ； （2）弹簧长度为15cm时，根据胡克定律有 ，此时摩擦力为静摩擦力，则有 ，方向水平向左 科 学 漫 步 流体的阻力 气体和液体都具有流动性，统称为流体。物体在流体中运动时，要受到流体的阻力。 流体的阻力的方向与物体相对于流体运动的方向相反。 流体的阻力的大小与物体相对于流体的速度、物体的横截面积、物体的形状等有关。 1.（2022·上海市建平中学高二期中）关于摩擦力，正确的说法是（　　） A．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反 B．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动 C．静摩擦力一定是阻力 D．静摩擦力的大小与物体间的压力成正比 课堂练习 【答案】B 【详解】A．滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反，但是不一定与物体运动方向相反，选项A错误；B．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，选项B正确；C．静摩擦力可能是阻力，也可能是动力，选项C错误； D．静摩擦力的大小与外力有关，一般情况下与物体间的压力无关，选项D错误。故选B。 2.（2022·全国·高三课时练习）传送带的示意图如图所示，A为传送带上的货物，随着传送带一起无相对滑动地运动，则关于运送货物的说法正确的是（　　） A．如果传送带带着货物A向上匀速运动，A受到沿传送带向下的摩擦力 B．如果传送带带着货物A向下匀速运动，A受到沿传送带向上的摩擦力 C．如果传送带带着货物A向下匀速运动，A可能不受摩擦力的作用 D．如果传送带与货物A一起静止不动，A不受摩擦力的作用 【答案】B 【详解】A．如果传送带带着货物A向上匀速运动，A受到的摩擦力一定沿传送带向上，与重力在沿传送带方向上的分力相等，A错误；B C．如果传送带带着货物A向下匀速运动，A受到的摩擦力一定沿传送带向上，与重力在沿传送带方向上的分力相等，故B正确，C错误；D．如果传送带与货物A一起静止不动，则A受到的静摩擦力一定沿传送带向上，故D错误。故选B。 3.（2022·河北·邯郸一中高二学业考试）如图所示，一质量为m的木块靠在竖直粗糙的墙壁上，且受到水平力F的作用，下列说法不正确的是（　　） A．若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上 B．若木块静止，当F增大时，木块受到的静摩擦力随之增大 C．若木块沿墙壁向下运动，则墙壁对木块的摩擦力大小为μF D．若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块不受滑动摩擦力作用 典型例题 【答案】B 【详解】AB．若木块静止，由平衡条件可知，木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上，当F增大时，木块受到的静摩擦力不变，A正确，不符合题意，B错误，符合题意；C．水平方向由平衡条件可得 ,若木块沿墙壁向下运动，则墙壁对木块的滑动摩擦力大小为 ,C正确，不符合题意；D．若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块与墙壁间无压力，木块不受滑动摩擦力作用，D正确，不符合题意。故选B。 4.（2022·重庆八中高三阶段练习）（多选）如图甲所示是测量物块和长木板间动摩擦因数的实验装置：水平桌面上固定一个力传感器，传感器通过细绳水平拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向右拉木板，传感器记录的力与时间的图像如图乙所示。则（    ） A．2.5-3.0s拉木板的外力一定为0 B．3.5-4.0s拉木板的外力一定在增大 C．3.5-4.0s木板可能向右加速运动 D．5.0-5.5s木板可能做变减速直线运动 【答案】BD 【详解】A．2.5-3.0s，从图乙可知绳子拉力为零，说明物块与长木板都处于静止状态，拉木板的外力不一定为零，可能是拉木板的外力小于桌面对长木板的最大静摩擦力，故A错误；BC．3.5-4.0s，从图乙可知绳子拉力逐渐增大，即物块与长木板间的静摩擦力逐渐增大，可知拉木板的外力一定在增大；由于绳子不可伸长，可知物块一直处于静止状态，故此过程长木板也处于静止状态，故B正确，C错误；D．由图乙可知，4.0s时，物块与长木板间的静摩擦力达到最大，之后物块与长木板发生相对滑动，故5.0-5.5s木板可能做变减速直线运动，故D正确。故选BD。 5.（2022·全国·模拟预测）如图甲所示，一与电脑连接的拉力传感器固定在竖直墙壁上，通过细绳拉住一放在长木板上的小铁块，细绳水平伸直，初始时拉力传感器示数为零。现要测量小铁块与长木板之间的动摩擦因数，用一较大的水平拉力拉住长木板右端的挂钩，把长木板从小铁块下面拉出，在电脑上得到如图乙所示的数据图像，已知当地重力加速度g=9.8m/s2。 (1)测得小铁块的质量m=0.50kg，则小铁块与长木板间的动摩擦因数μ=_____________。（结果保留三位有效数字） (2)以不同的速度把长木板拉出，随着速度的增加，小铁块受到的摩擦力_____________。（填“越来越大”“越来越小”或“不变”） (3)若固定长木板，去掉小铁块上的细绳，用一水平推力推小铁块，则至少需要___________N的推力才能推动小铁块。 【答案】0.204     不变     1.20 【详解】(1)由题图乙可知，小铁块所受滑动摩擦力 ，由 解得小铁块与长木板之间的动摩擦因数 μ=0.204. (2)由于摩擦力与小铁块运动的速度无关，所以随着速度的增加，小铁块受到的摩擦力不变。 (3)由题图乙可知，小铁块所受的最大静摩擦力 ，所以至少需要1.20N的推力才能推动小铁块。 6.（2023·全国·高三专题练习）如图所示，质量为2kg的物体放在水平地板上，用一原长为8cm的轻质弹簧水平拉该物体，当其刚开始运动时，弹簧的长度为11cm，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为10.5cm，已知弹簧的劲度系数k=200N/m。求： （1）物体所受的最大静摩擦力为多大； （2）物体所受的滑动摩擦力的大小； （3）物体与地板间的动摩擦因数是多少。（g均取10m/s2） 【答案】（1）6N；（2）5N；（3）0.25 【详解】(1)刚拉动时，根据平衡条件有 (2)匀速前进时，根据平衡条件有 (3)根据滑动摩擦力公式得 课堂总结 摩擦力 滑动摩擦力 方向：与物体相对运动的方向相反 静摩擦力 方向：物体相对运动趋势的方向相反 大小：Ff ＝ μFN （Fmax略大于滑动摩擦力） 大小：0 < F≤ Fmax $$