第3章 第3节 摩擦力-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用Word(教科版)

第3节　摩擦力 1．知道摩擦力的定义及分类。 2．理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件。 3．会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小。 4．了解最大静摩擦力的概念，并知道滑动摩擦力和最大静摩擦力之间的大小关系。 一、认识滑动摩擦力　研究滑动摩擦力的大小 1．定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对滑动时，每个物体的接触面上都会受到对方施加的__________________的力，这种力叫作滑动摩擦力。 2．方向：总是沿着____________，并且跟物体的____________方向相反。 3．大小：两个物体间的滑动摩擦力的大小跟____________成正比，用公式表示为f＝____________，其中μ是比例系数(它是两个力的比值，没有单位)，叫作__________，它的大小与两个接触面的____________、粗糙程度有关。 二、认识静摩擦力　静摩擦力的大小及最大静摩擦力 1．定义：两个物体之间只有______________，而没有______________时产生的摩擦力叫作静摩擦力。 2．方向：总是沿着____________，并且跟物体________________的方向相反。 3．大小：当相对运动趋势增强时，静摩擦力也随之增大，但有一个限度，这个静摩擦力的最大值叫作____________________。而两物体间实际发生的静摩擦力f静在__________与______________________________之间，即________________。 判断下列说法是否正确。 (1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。(　　) (2)摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间。(　　) (3)滑动摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同。(　　) (4)摩擦力的大小与正压力成正比。(　　) (5)最大静摩擦力大小略大于滑动摩擦力大小。(　　) (6)静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√ [答案自填] 阻碍相对运动　接触面　相对运动　压力　μN　动摩擦因数　材料　相对运动趋势　相对运动　接触面　相对运动趋势　最大静摩擦力　0　最大静摩擦力f静max 0<f静≤f静max 知识点一　滑动摩擦力 1．按如图甲所示的实验装置做一做：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？ (3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？ 2．如图乙所示，木块放在木板上，用外力把木板向右抽离，在此过程中： (1)木块相对于地面向什么方向运动？相对于木板向什么方向运动？木块受到的摩擦力方向如何？ (2)滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？ 提示：1.(1)相等　(2)增大　(3)增大 2．(1)木块相对于地面向右运动，相对于木板向左运动，木块受到的滑动摩擦力方向向右，与木块运动方向相同。 (2)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。 1．滑动摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触挤压。 (2)物体间的接触面不光滑。 (3)两物体间存在相对运动。 2．滑动摩擦力的方向 (1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反。 (2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反。 3．滑动摩擦力的大小 (1)公式法：根据公式f＝μN计算。 ①正压力N是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，N的大小根据物体的受力情况确定。 ②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关。 (2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据二力平衡条件求解。 　(1)滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向”相反。 (2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动，而不是阻碍物体的运动。 角度1　实验：探究影响滑动摩擦力大小的因素 　如图是“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验。 (1)实验中测量滑动摩擦力的原理是：__________________________________________________。 (2)实验过程中，弹簧测力计________(选填“必须”或“不必”)沿水平方向拉着物块做匀速直线运动，此时，滑动摩擦力的大小__________(选填“大于”“等于”或“小于”)弹簧测力计示数。 (3)在三次实验中，滑动摩擦力最大的是________(选填“甲”“乙”或“丙”)。 (4)比较甲、乙实验，是为了研究滑动摩擦力大小与________有关；比较甲、丙实验，是为了研究滑动摩擦力大小与________有关(以上两空均选填“压力大小”或“接触面粗糙程度”)。 [解析]　(1)实验时沿水平方向用弹簧测力计拉着物块做匀速直线运动，依据二力平衡的原理知，这时物块所受的摩擦力等于弹簧测力计对物块的拉力。 (2)实验过程中，在用弹簧测力计拉物块做匀速运动过程中，弹簧测力计必须水平，物块所受的摩擦力的大小才等于弹簧测力计示数。 (3)由题图可知，甲实验测得的滑动摩擦力为2.40 N，乙实验测得的滑动摩擦力为2.80 N，丙实验测得的滑动摩擦力为3.20 N，所以滑动摩擦力最大的是丙。 (4)由题图可知甲、乙实验的接触面粗糙程度相同，压力大小不同，所以甲、乙实验是为了研究滑动摩擦力大小与压力大小有关；甲、丙实验的压力大小相同，接触面粗糙程度不同，是为了研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关。 [答案]　(1)二力平衡　(2)必须　等于　(3)丙　(4)压力大小　接触面粗糙程度 　科学探究活动通常包括以下几个环节：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等。 (1)一位同学在学习了滑动摩擦力之后，认为滑动摩擦力的大小可能与两物体接触面积的大小有关，于是他通过实验探究这个问题。 ①这位同学认为，滑动摩擦力的大小与两物体的面积的大小成正比，这属于上述科学探究的________环节。 ②完成本实验，需要自己制作木块，他制作的木块应是下列选项中的________。 A．各面粗糙程度相同的正方体 B．各面粗糙程度不同的正方体 C．各面粗糙程度相同，长宽高各不相同的长方体 D．各面粗糙程度不相同，长宽高各不相同的长方体 (2)为了测定两物体A和B间的动摩擦因数μ，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。 ①用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力大小，你认为方案________更易于操作。简述理由：__________________________________________________________。 ②若A和B所受的重力分别为100 N和150 N，当甲中B被拉动时，弹簧测力计a示数为60 N，b示数为110 N，则A、B间的动摩擦因数为________。 ③请画出图甲中B物体的受力分析图。 [解析]　(1)①针对实验的目的，这位同学提出了自己的想法，这属于科学探究的“猜想与假设”环节。 ②在探究摩擦力大小与接触面积大小的关系，必须保证压力与接触面的粗糙程度不变，只改变接触面积的大小，故选C。 (2)①甲方案中拉动B物体，不需要控制B物体做匀速直线运动，弹簧测力计a的示数就与滑动摩擦力的大小相等且弹簧测力计a静止，便于读取示数；乙方案中用弹簧测力计拉动A物体，需要控制A做匀速直线运动，才能使弹簧测力计的示数与滑动摩擦力的大小相等，但是在实际操作过程中A的运动状态不容易保持匀速直线运动，故弹簧测力计的示数不稳定，且弹簧测力计是运动的，不易于读取示数。故甲方案更便于操作。 ②由题可知，在甲方案中，B对A的支持力N＝GA＝100 N，两物体间的摩擦力与a弹簧测力计的示数相等f＝Fa＝60 N，根据滑动摩擦力的公式可知μ＝＝0.6。 ③B物体的受力分析，如图所示，其中N′是地面对B的支持力，F压是A对B的压力，f′是A对B的摩擦力。 [答案]　(1)①猜想与假设　②C (2)①甲　甲方案拉B物体时不需要保持匀速 ②0.6　③见解析图 角度2　对滑动摩擦力的理解 　(2024·山东临沂统考期中)关于滑动摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．物体受到滑动摩擦力作用时，一定受到弹力作用，且滑动摩擦力的方向总与相对应的弹力方向垂直 B．只有运动的物体才能受到滑动摩擦力作用 C．具有相对运动的两物体间一定存在滑动摩擦力作用 D．滑动摩擦力的方向与物体运动方向相反，滑动摩擦力的大小与正压力大小成正比 [解析]　物体受到滑动摩擦力作用时，一定有弹力，且摩擦力的方向总是与相对应的弹力方向垂直，故A正确；静止的物体也可以受到滑动摩擦力，如用黑板擦擦黑板，黑板受到滑动摩擦力，故B错误；具有相对运动的两物体，若它们之间没有弹力，则没有滑动摩擦力作用，故C错误；滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，与物体运动的方向可能相同，也可能相反，故D错误。 [答案]　A 　(2024·四川成都树德中学期中)如图所示，滑块A和B叠放在传送带上，B被细线连于墙上。如果传送带逆时针转动，滑块A和B都相对于地面静止，则下列说法正确的是(　　) A．B受到的传送带的摩擦力水平向右 B．增大传送带的速度，绳拉力变大 C．B受到的拉力和受到的摩擦力相同 D．增大A的质量，B受到的摩擦力增大 [解析]　B相对于传送带向右运动，所受传送带的摩擦力向左，A错误；A、B始终处于平衡状态，B受到的拉力和受到的摩擦力大小相等、方向相反，且所受摩擦力为滑动摩擦力，滑动摩擦力与相对速度无关，只与动摩擦因数(接触面的粗糙程度)和正压力有关，故无论传送带的速度是多少，绳拉力都不变，增大A的质量，压力增大，B受到的摩擦力增大，B、C错误，D正确。 [答案]　D 角度3　滑动摩擦力的相关计算 　如图所示，在动摩擦因数μ＝0.1的水平桌面上向右运动的物体质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个方向向左的大小为10 N 的拉力F作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 N/kg)(　　) A．10 N，向右　　　　　 B．10 N，向左 C．20 N，向右 D．20 N，向左 [解析]　由于N＝mg，滑动摩擦力f＝μN＝μmg＝20 N，物体向右运动，则滑动摩擦力的方向向左，故D正确。 [答案]　D 知识点二　静摩擦力 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，木块开始运动，此时拉力突然减小到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，有相对于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？当变为滑动摩擦力时，摩擦力为什么又变小了？ 提示：(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，这个力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。这个最大值比滑动摩擦力稍微大一些。 1．静摩擦力产生的条件 两物体 缺一不可 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)与物体运动的方向可能相同，也可能相反。 3．静摩擦力有无及方向的判断方法 (1)平衡条件法：当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，可根据二力平衡条件判断静摩擦力是否存在及其方向。 (2)假设法：利用假设法进行判断时，可按以下思路进行分析： 4．静摩擦力的大小 (1)大小的范围：0<f静≤f静max。 (2)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f静max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。 　(1)不能认为受静摩擦力的物体一定静止，运动的物体之间也可能存在静摩擦力。 (2)静摩擦力的效果不是阻碍物体的运动，而是阻碍物体间的相对运动趋势。 (3)静摩擦力是被动力，在一定范围内其大小随外力变化而变化，并不是一个定值。 角度1　对静摩擦力的理解 　(多选)关于静摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．两个相对静止的物体之间一定有静摩擦力的作用 B．静摩擦力一定是阻力 C．受静摩擦力作用的物体若是运动的，则受到的静摩擦力可以和物体的运动方向垂直 D．在压力一定的条件下，静摩擦力的大小是可以变化的，但有一定限度 [解析]　静摩擦力产生的条件是相互挤压、接触面粗糙且具有相对运动趋势，所以两个相对静止的物体之间不一定有静摩擦力的作用，故A错误；与倾斜传送带一起向上运动的物体，受到的静摩擦力是动力，所以静摩擦力不一定是阻力，故B错误；手拿着杯子左右移动时，静摩擦力方向向上，与运动方向垂直，所以受静摩擦力作用的物体若是运动的，则受到的静摩擦力可以和物体的运动方向垂直，故C正确；在压力一定的条件下，静摩擦力的大小可以随引起运动趋势的外力的变化而变化，但不能超过最大静摩擦力，故D正确。 [答案]　CD 角度2　静摩擦力大小的求解 　如图所示，用水平力F将木块压在竖直墙壁上，已知木块所受重力G＝6 N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.25，问： (1)当F＝25 N时，木块不动，木块受到的摩擦力为多大？ (2)当F增大为30 N时，木块仍静止，木块受到的摩擦力为多大？ (3)当F＝10 N时木块沿墙面下滑，此时木块受到的摩擦力为多大？ (4)当F＝6 N时，木块受到的摩擦力为多大？ [解析]　分析木块的受力情况，如图所示。 (1)(2)木块静止，根据二力平衡，竖直方向上的静摩擦力等于重力，f1＝f2＝G＝6 N，与压力大小无关。 (3)木块沿墙面下滑时，木块与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力，f3＝μN N＝F 所以f3＝μF＝0.25×10 N＝2.5 N。 (4)当F＝6 N时，木块与墙壁间的摩擦力也为滑动摩擦力，所以f4＝μF＝0.25×6 N＝1.5 N。 [答案]　(1)6 N　(2)6 N　(3)2.5 N　(4)1.5 N 综合一练　滑动摩擦力和静摩擦力的综合分析 　(2024·福建莆田期中)如图甲所示，一个人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff与水平推力F的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2。 (1)求木箱受到的最大静摩擦力Ffmax的大小。 (2)当水平推力F1＝15 N和F2＝25 N时，判断木箱受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力，并求木箱受到的摩擦力Ff1和Ff2的大小。 (3)木箱被推动以后，将水平推力减小为5 N，求直到静止前地面对木箱的摩擦力Ff3的大小。 (4)求木箱与地面间的动摩擦因数μ。 [解析]　(1)由题图乙可知当摩擦力达到21 N后突然减小到20 N，之后保持不变，故木箱与地面间的最大静摩擦力Ffmax＝21 N。 (2)由题图乙可知，当F1＝15 N时，木箱保持静止，木箱受到静摩擦力作用，根据平衡条件可知Ff1＝F1＝15 N 当F2＝25 N时，木箱已经运动，此时木箱受到滑动摩擦力作用，由题图乙可知滑动摩擦力大小为20 N，故Ff2＝20 N。 (3)滑动摩擦力与相对速度无关，木箱静止前，地面对木箱的摩擦力为滑动摩擦力，所以Ff3＝20 N。 (4)由题图乙可知木箱的滑动摩擦力为20 N，所以有μ＝＝＝0.2。 [答案]　(1)21 N　(2)见解析　(3)20 N　(4)0.2 1．(对摩擦力的理解)(2024·北京师大附中期中)关于摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．静止的物体受到的摩擦力可以是滑动摩擦力 B．运动的物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力 C．摩擦力一定阻碍物体的运动 D．滑动摩擦力的方向可以与物体的相对运动方向相同 解析：选A。静止的物体受到的摩擦力可以是滑动摩擦力，比如物体在粗糙水平地面滑行时，地面受到滑动摩擦力作用，故A正确；运动的物体受到的摩擦力可以是静摩擦力，比如物体随倾斜传送带向上匀速运动时，物体受到传送带的静摩擦力作用，故B错误；摩擦力总是阻碍物体的相对运动，不一定阻碍物体的运动，滑动摩擦力的方向总是与相对运动方向相反，故C、D错误。 2．(静摩擦力)(2023·广东深圳期末)如图所示，用手握住玻璃杯做以下动作时，下列对杯子所受的摩擦力描述正确的是(　　) A．水平匀速移动杯子，摩擦力为0 B．匀速向上移动杯子，摩擦力向下 C．匀速向下移动杯子，摩擦力向下 D．保持杯子静止，无论手握的力多大，摩擦力都不变 解析：选D。玻璃杯匀速移动或者静止时都处于平衡状态，而竖直方向只受重力和静摩擦力，故摩擦力大小始终等于重力的大小，方向向上，不会发生变化，故D正确，A、B、C错误。 3.(对摩擦力的分析)(2024·山东泰安一中期中)如图所示，物体A被水平力F压在竖直墙壁上静止不动。若忽略空气阻力，则下列说法正确的是(　　) A．若增大力F，则墙壁对物体的弹力不变 B．若增大力F，则墙壁对A的摩擦力增大 C．若撤去力F，则A沿墙壁下落的过程中受到两个力作用 D．若A沿墙壁下滑，力F逐渐减小，则墙壁对A的摩擦力变小 解析：选D。墙壁对物体的弹力大小等于力F，若增大力F，则墙壁对物体的弹力增大，故A错误；根据竖直方向受力平衡可知，墙壁对物体的摩擦力等于物体受到的重力，即使增大力F，墙壁对物体的摩擦力仍不变，故B错误；若撤去力F，则物体沿墙壁下落的过程不受弹力也不受摩擦力，只受到重力的作用，故C错误；若A沿墙壁下滑，力F逐渐减小，则墙壁对A的摩擦力Ff＝μF逐渐减小，故D正确。 4.(摩擦力的计算)(2024·天津南开统考期中)如图所示，某同学在擦黑板。已知黑板擦所受的重力为5 N，黑板擦对黑板的压力为6 N。黑板擦与黑板间的动摩擦因数为0.2，则黑板擦与黑板间的滑动摩擦力大小为(　　) A．1.2 N B．1.0 N C．5 N D．6 N 解析：选A。黑板擦与黑板间的滑动摩擦力大小Ff＝μFN＝0.2×6 N＝1.2 N。 5．(摩擦力的计算)(2024·浙江绍兴期中)如图所示，一重为50 N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝20 N，F2＝8 N。已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.3，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求： (1)最大静摩擦力的大小； (2)此时木块受到的摩擦力大小； (3)撤去F2后木块受到的摩擦力大小。 解析：(1)最大静摩擦力等于滑动摩擦力Ffm＝μFN＝μG＝15 N。 (2)因为两个力的合力F1－F2＝12 N<Ffm 所以此时静摩擦力Ff＝12 N。 (3)撤去F2后，因为F1>Ffm 所以滑动摩擦力 Ff′＝μFN＝μG＝15 N。 答案：(1)15 N　(2)12 N　(3)15 N 学科网（北京）股份有限公司 $