研究摩擦力学案3

1、3.2 研究摩擦力【学习目标】知识与技能：1.认识滑动摩擦的规律，知道滑动摩擦因数与相互接触的物体的材料和接触面的粗糙程度有关。2能运用动摩擦因数计算摩擦力。3认识静摩擦的规律，知道静摩擦力的变化范围及最大值。4知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。过程与方法：1.通过各种实验，观察并总结摩擦力的规律。2通过一系列的实验展开对静摩擦力的研究；联系生产、生活和实际讨论和认识各种摩擦力的利弊，加深对摩擦力特别是静摩擦力的认识；通过对生活中摩擦力的了解用自身的语言表达深化对摩擦力的认识，达到巩固提高的目的。3.思考生活中各种摩擦的作用，通过科幻短问的形式将结果表述出来。情感态度与价值观：在理解摩擦力的利

2、与弊的过程中，领略自然界的和谐与奇妙，使价值观得到提升，渗透抓住主要矛盾和主要因素，忽略次要因素的辨证思想。【学习重点】1、滑动摩擦力产生的条件及规律，并会用F摩Fn解决具体问题；2、静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念。【知识要点】1、 摩擦力产生的条件：有接触且有弹力，接触面粗糙，有相对运动或相对运动的趋势。2、 摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反。3、 滑动摩擦力的大小计算公式：4、 静摩擦力的大小不是定值，范围为由物体运动和受力情况决定。【问题探究】摩擦力的方向一定和物体的运动方向在同一条直线上吗?解答：摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反，而与运动

3、方向则可能相同、可能相反、可能垂直、可能是任意夹角如图1-2-3所示，物体A随转盘一起转动当匀速转动时，静摩擦力F与速度方向垂直；当加速转动时，F对A做正功使其速度增大，则F与速度的夹角小于90；当减速转动时，f与速度的夹角则大于90 【疑难解析】例题 一个质量的钢件，架在两根完全相同的、平行的长直圆柱A、B上（如图5所示）。钢件的重心与两圆柱等距，两圆柱的轴线在同一水平面内。圆柱半径，钢件与圆柱间的动摩擦因数。两圆柱各绕自身的轴线向内侧作方向相反的转动，其角速度均为。若沿平行于圆柱轴线方向施加推力，使钢件作速度为的匀速运动。试求该推力的大小。设钢件左右受光滑导槽限制（图中未画出），不发生横向

4、运动。重力加速度取。错解 钢件所受滑动摩擦力的大小为已知钢件在沿轴线方向的推力作用下做匀速运动，依平衡条件，该推力F的大小恰等于摩擦力，即剖析 上述解答忽视了圆柱A、B转动所产生的摩擦效果，片面地认为每根圆柱对钢件的摩擦力方向只跟钢件的轴向速度方向相反，从而导致错误。正解 因钢件与圆柱之间有相对滑动，它们之间定将存在滑动摩擦力。先求圆柱A对钢件的摩擦力的大小，易知： 由对称性可得，圆柱A所受钢件的压力为 将式代入式，且代入数据得的方向应跟接触处钢件相对于圆柱A的合速度方向相反，在接触处，钢件相对于圆柱A一方面有沿轴线向前运动的速度，取此方向为轴正方向，即有；另一方面因圆柱A向内侧转动，接触处钢

5、件相对圆柱A还有沿水平面向外侧且垂直于轴方向的速度，显然，取此方向为y轴正方向，即有。与的合速度的方向如图6所示。它与轴正方向的夹角应满足代入已知量得可得依前所述，摩擦力的方向与合速度的方向相反，即与轴的负方向也成角，仍如图6所示。沿轴（即沿圆柱A的轴线）的分量为下面再求圆柱B对钢件的摩擦力，设它沿轴（即沿圆柱B的轴线）的分量为，同理可得（或由对称性可知）依平衡条件，钢件所受推力F应跟和的的合力平衡，则有 可得 将上述所求的和代入式，可得推力以上各例的错解，主要是对这种新情景摩擦力的方向含混不清造成的。综上所述，一个物体在另一个物体的接触处（存在压力）同时具有两个不同方向的相对运动（或相对运动

6、趋势）时，它所受的滑动摩擦力的方向就跟这两个运动的合运动（或合速度）方向相反，其大小仍遵循摩擦定律公式；它所受的静摩擦力的方向就跟这两个运动趋势的总趋势方向相反，的大小可依题目所提供的条件，用相应的物理规律，如平衡条件等求出（若为最大静摩擦力也可用公式直接计算，但它超出中学物理范围）。【典型例题】FG【例1】如图所示，用跟水平方向成角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动，木块和天花板间的动摩擦因数为，求木块所受的摩擦力大小。 解析：由竖直方向合力为零可得FN=Fsin-G，因此有：f =(Fsin-G)【例2】 如图所示，A、B为两个相同木块，A、B间最大静摩擦力Fm=5N，水平面光滑。拉

7、力F至少多大，A、B才会相对滑动？FAB解析：A、B间刚好发生相对滑动时，A、B间的相对运动状态处于一个临界状态，既可以认为发生了相对滑动，摩擦力是滑动摩擦力，其大小等于最大静摩擦力5N，也可以认为还没有发生相对滑动，因此A、B的加速度仍然相等。分别以A和整体为对象，运用牛顿第二定律，可得拉力大小至少为F=10Nav相对点评：研究物理问题经常会遇到临界状态。物体处于临界状态时，可以认为同时具有两个状态下的所有性质。【例3】 小车向右做初速为零的匀加速运动，物体恰好沿车后壁匀速下滑。试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系。解析：物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行，方向竖直向

8、上，而物体相对于地面的速度方向不断改变（竖直分速度大小保持不变，水平分速度逐渐增大），所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90和180间的任意值。点评：由上面的分析可知：无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力。就是说：弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出，而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的。【规律总结】一、滑动摩擦力方向的判定： 1其依据是“滑动擦力的方向与物体相对运动的方向相反” 2其步骤为： (1)选研究对象(即受摩擦力作用的物体) (2)选跟研究对象接触的物体为参考系 (3)找出研究对象相对参考系的速度方向(4)滑动摩擦力的方向与相对运动的方向二、摩擦力大小的计算：在

9、计算摩擦力的大小之前，必须首先分析物体的运动情况，判明是滑动摩擦，还是静摩擦 (1)滑动摩擦力的计算方法： 可用N计算但要注意FN是接触面的正压力，并不总是等于物体的重力 (2)静摩擦力的计算方法： 一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或加速运动)，利用平衡条件或运动定律列方程求解【当堂反馈】1、以下实际问题中，关于摩擦力的说法正确的是（ ） A、举重运动员比赛前双手都要抓些粉末，目的是增加手和杠铃间的摩擦力 B、所有车辆都用轮子行驶，因为滚动摩擦力远小于滑动摩擦力 C、磁悬浮列车在行驶时脱离轨道悬空，不受铁轨摩擦力的作用，所以可以高速运行 D、棉纱可以织成布，是因为棉纱之间存在摩擦力2、

10、如果地面没有摩擦（ ） A、人们行走将十分困难，抬腿就可能跌倒 B、人们将行走如飞 C、所有车辆将无法靠车轮启动和刹车 D、人们将无法握住任何东西3、置于水平面上的物体，在水平方向的拉力作用下向前运动，当拉力增大时，物体的运动速度也随之变大，则该物体所受的滑动摩擦力将（ ） A、增大 B、不变 C、减小 D、无法确定4、甲工厂里用水平放置的传送带运送工件，工件随传送带一起做匀速运动（不计空气等阻力作用），乙工厂里用倾斜放置的传送带向上运送工件，工件随传送带一起做匀速运动，则（ ） A、因为工件在运动，所以甲、乙两种情况工件都受到与运动方向相反的摩擦力 B、因为工件在运动，所以甲、乙两种情况工件

11、都受到与运动方向相同的摩擦力 C、因为甲情况工件与传送带之间不存在相对运动趋势，所以工件不受摩擦力作用 D、因为乙情况工件有沿传送带下滑的相对运动趋势，所以工件受沿倾斜面向上的静摩擦力作用 5、水平地面上放一个重为200N的铁块，铁块与地面间的最大静摩擦力大小为85N，铁块与地面间的动摩擦因素为0.4,一个人用沿着水平方向的力推原静止的铁块，试求下列各种情况下铁块所受的摩擦力大小： （1）推力为50N时； （2）推力为83N时； （3）推力为100N时。6、某人推着自行车前时，地面对前轮的摩擦力为F1，对后轮的摩擦力为F2；该人骑着自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F3，对后轮的摩擦力为F4，

12、下列说法中正确的是（ ） A、F1与车前进方向相同 B、F2与车前进方向相同 C、F3与车前进方向相同 D、F4与车前进方向相同 【参考答案】1、ABCD 2、ACD 3、B 4、CD 5、50N 83N 80N 6、D【达标训练】1、下列关于力的说法中，错误的是：（ ） A、一个力必定与两个物体相联系； B、运动物体在速度方向上一定有力的作用； C、物体不受到力的作用时也可以改变运动的方向； D、力的大小，方向，作用点的任一个发生变化，力的作用效果也会发生变化。2、下列说法中正确的是：（ ） A、在空中飞行的物体不受重力作用； B、重力可用弹簧秤直接称出； C、两物体在同一处，质量大的物体其

13、重力大； D、抛出的石块轨迹是曲线，但石块的重力的方向不变。 3、下列关于在两物体的同一接触处的弹力与摩擦力的说法中，错误的是：（ ）A、弹力与摩擦力不可能沿同一方向； B、有弹力必有摩擦力；C、有摩擦力必有弹力； D、摩擦力不一定与弹力成正比。 4、水平桌面上一重为200N的物体，与桌面间的滑动摩擦因数为0.2，当依次用15N, 40N,80N的水平力拉此物体时，物体受到的摩擦力依次为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。A、15N 40N 80N ； B、15N 40N 40N ；C、0N 40N 80N ； D、15N 0N 40N .5如图1-2-11所示，a、b、c三块砖叠放在水平桌面上

14、，并对a施一竖直向下的压力F,下列说法中正确的是( ) Aa对c有压力作用 Ba受两个力作用 Cb受三个力作用 Dc受四个力作用 6为使图1-2-12所示手中的瓶子不掉下去，总是努力把它握得更紧一些，这样做的最终目的是 ( )A增大手对瓶子的压力B增大手对瓶子的摩擦力C增大手对瓶子的最大静摩擦力D增大瓶子所受到的合外力7如图l-2-13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它们受到的摩擦力的大小关系是 ( ) A三者相同B乙最大 C丙最大D己知条件不够，无法判断8如图l-2-14所示，质量为的物体A以一定的初速度v沿粗糙斜面上滑，物体A在上滑过程中受到的力有( )A向上的冲力、重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力B重力、斜面的支持力、下滑力C重力、对斜面的正压力、沿斜面向下的摩擦力D重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力9如图1-2-15所示，A、B、C三物块的质量分别为M、m和m0，绳子不可伸长，且绳子和滑轮的质量，滑轮的摩擦均可不计，若B随A一起沿水平桌面做匀速运动，则可判断 ( ) A物块A与桌面之间有摩擦力，大小为m0g B物块A与B之间有摩擦力，大小