北京版2021高考物理一轮复习第二章相互作用第2讲摩擦力牛顿第三定律教材研读练习含解析

PAGE14-第2讲摩擦力牛顿第三定律一、静摩擦力和滑动摩擦力1.静摩擦力:两个有相对①运动趋势的物体间在接触面上产生的②阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力。

2.滑动摩擦力:两个相对③运动的物体间在接触面上产生的阻碍④相对运动的力叫滑动摩擦力。

二、两种摩擦力的对比静摩擦力滑动摩擦力产生条件(1)接触面①粗糙

(2)接触处有②弹力

(3)两物体有相对③运动趋势(仍保持相对静止)

(1)接触面④粗糙

(2)接触处有⑤弹力

(3)两物体有⑥相对运动

大小(1)静摩擦力Ff为被动力,满足0<Ff≤Fmax(2)最大静摩擦力Fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力:Ff=μFN(μ为动摩擦因数,与接触面材料有关,FN为正压力)方向沿接触面与物体相对运动趋势的方向相反沿接触面与物体相对运动的方向相反三、牛顿第三定律1.内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是①大小相等,②方向相反,③作用在同一直线上。

2.意义:建立了相互作用的物体之间的联系及作用力和反作用力的相互依赖关系。1.如图所示,物体A置于倾斜的传送带上,它能随传送带一起向上或向下做匀速运动,下列关于物体A在上述两种情况下的受力描述,正确的是()A.物体A随传送带一起向上运动时,A所受的摩擦力沿传送带斜向下B.物体A随传送带一起向下运动时,A所受的摩擦力沿传送带斜向下C.物体A随传送带一起向下运动时,A不受摩擦力作用D.无论物体A随传送带一起向上还是向下运动,传送带对物体A的作用力均相同答案D由于A随传送带一起匀速运动,相对静止,由力的平衡条件知,无论向上运动还是向下运动,A受的静摩擦力方向一定都是沿传送带斜向上的,且大小为Ff=mgsinθ,选项D正确。2.如图所示,一质量m=0.20kg的物体,在F1、F2两水平力作用下静止在粗糙的水平面上,物体与水平面间的最大静摩擦力为0.6N。若F1为0.6N,则F2不可能是()A.0.2N B.0.6N C.0.7N D.1.3N答案D最大静摩擦力为0.6N,F1=0.6N,则物体在三个力作用下处于平衡状态,F2大小的范围应该为静摩擦力和F1的合力大小范围,故0≤F2≤1.2N。3.如图所示,弹簧测力计一端固定在墙壁上,另一端与小木块A相连,在用力加速抽出长木板B的过程中,观察到弹簧测力计的示数为3.0N,若匀速抽出长木板B,弹簧测力计的示数大小()A.一定大于3.0N B.一定小于3.0NC.一定等于3.0N D.一定为零答案C无论长木板是被加速抽出还是匀速抽出,长木板给小木块A的力均为滑动摩擦力,大小没有变化,而且两种情况下小木块均受力平衡,所以弹簧测力计的示数都等于滑动摩擦力的大小,所以两次示数相等,即C正确。4.如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力()A.方向向左,大小不变 B.方向向左,逐渐减小C.方向向右,大小不变 D.方向向右,逐渐减小答案AB向右做匀减速直线运动,则加速度方向向左,由F=ma可知,B受到的摩擦力方向应向左,大小不变,故A项正确。5.汽车拉着拖车在平直的公路上运动,下列说法正确的是()A.汽车能拉着拖车前进是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力B.汽车先对拖车施加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力C.匀速前进时,汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力;加速前进时,汽车对拖车的拉力大于拖车向后拉汽车的力D.拖车加速前进,是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦力,汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它的拉力答案D汽车对拖车的拉力与拖车对汽车的拉力是一对相互作用力,而一对相互作用力总是大小相等,所以A、C均错误;因一对相互作用力总是同时产生的,所以B错误;拖车加速前进是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦力,汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它的拉力,所以D正确。考点一静摩擦力1.静摩擦力的有无及其方向的判断(1)假设法:假设接触面光滑→是否相对滑动→确定有无力及方向;(2)状态法:运动状态→平衡方程或牛顿运动定律→求解摩擦力;(3)相互作用:作用力反作用力。【情景素材·教师备用】汽车加速运动时,货物会受到摩擦力作用吗?

2.静摩擦力大小的计算(1)静摩擦力的大小与使物体产生相对运动趋势的外力密切相关,但与两接触面间的弹力FN无直接关系。(2)物体处于平衡状态时(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件求解。(3)若有加速度时,可由动力学规律建立方程求解。1-1下列情景中,物体M所受摩擦力f的示意图正确的是()答案B物体静止在水平面上,没有相对运动趋势,不存在摩擦力,A选项不符合题意;汽车停在斜坡上,受力平衡,存在沿斜坡向上的静摩擦力,B选项正确;物体贴着竖直墙面自由下落,与墙壁之间无弹力,不存在摩擦力,C选项不符合题意;瓶子静止在手中,静摩擦力与瓶子重力平衡,摩擦力方向竖直向上,D选项不符合题意。1-2倾角为α、质量为M的斜面体静止在水平桌面上,质量为m的木块静止在斜面体上。下列结论正确的是()A.木块受到的摩擦力大小是mgcosαB.木块对斜面体的压力大小是mgsinαC.桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsinαcosαD.桌面对斜面体的支持力大小是(M+m)g答案D对木块受力分析,如图所示,木块静止,由平衡条件Ff=mgsinα,FN=mg·cosα,故选项A、B均错误;对斜面体和木块整体分析,桌面对斜面体的摩擦力为零,支持力与整体重力平衡,故选项C错误,选项D正确。1-3如图所示,质量分别为m、M的矩形木块A、B叠放在水平桌面上,用水平力作用在B上,使它们在水平面上运动。已知桌面与B之间、B与A之间的动摩擦因数均为μ,A与B之间相对静止,重力加速度为g。求下列几种情况下桌面与B之间,B与A之间的摩擦力。(1)A与B共同向右匀速运动;(2)A与B共同向右加速运动,加速度大小为a;(3)A与B共同向右减速运动,加速度大小为a。答案见解析解析设水平拉力为F,B与桌面之间的摩擦力为F1,A与B之间的摩擦力为F2,A及A、B整体受力分析如图所示。(1)A与B均做匀速运动,由平衡条件对A和B整体有F1=μ(M+m)g,方向向左对A有F2=0(2)A与B共同向右加速运动对A和B整体有F1=μ(M+m)g,方向向左对A有F2=ma,方向向右(3)A与B共同向右减速运动对A和B整体有F1=μ(M+m)g,方向向左对A有F2=ma,方向向左考点二滑动摩擦力1.滑动摩擦力一定与物体间相对运动的方向相反。2.计算公式:F=μFN,其中μ为动摩擦因数,它与材料、接触面粗糙程度有关;FN为两接触面的正压力,不一定等于重力。3.滑动摩擦力的大小与物体运动的速度、接触面积无关。

2-1如图所示,将质量为m的滑块放在倾角为θ的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g,则()A.将滑块由静止释放,如果μ>tanθ,滑块将下滑B.给滑块沿斜面向下的初速度,如果μ<tanθ,滑块将减速下滑C.用平行于斜面向上的力拉着滑块向上匀速滑动,如果μ=tanθ,拉力大小应是2mg·sinθD.用平行于斜面向下的力拉着滑块向下匀速滑动,如果μ=tanθ,拉力大小应是mg·sinθ答案Cμ>tanθ时,μmgcosθ>mgsinθ,滑块将处于静止,A错误;μ<tanθ时,μmgcosθ<mgsinθ,滑块将加速下滑,B错误;μ=tanθ时,μmgcosθ=mgsinθ,在沿斜面向上的拉力作用下滑块匀速上滑,即F拉=mgsinθ+μmgcosθ=2mgsinθ,C正确;匀速下滑时,F拉+mgsinθ=μmgcosθ,由μ=tanθ可得F拉=0,D错误。2-2如图所示,质量为m的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板间的动摩擦因数为μ,由于光滑导槽A、B的控制,物体只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右运动,同时用力F沿导槽的方向拉动物体使物体以速度v2沿导槽运动,重力加速度为g,则F的大小()A.等于μmg B.大于μmgC.小于μmg D.不能确定答案C物体相对钢板既有向左的速度v1,又有垂直于v1方向的速度v2,故物体相对钢板的速度应为这两个速度的合速度v,如图所示。物体所受滑动摩擦力的方向与v的方向相反。拉力F的大小与f的分力f2大小相等,而f=μmg,故F<μmg,即C正确。考点三摩擦力的突变当物体受力或运动状态发生变化时,摩擦力常常会发生突变。摩擦力的突变,又会导致物体的受力情况和运动性质的突变,其突变的临界点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性。解决摩擦力的“突变”问题,关键是找出摩擦力发生突变的临界点和临界条件。也就是突变前后摩擦力的分界点,再利用相应规律分别对突变前后进行分析求解。【情景素材·教师备用】3-1(多选)(2018海淀期中)用如图所示装置研究摩擦力的变化规律,把木块放在水平长木板上,在弹簧测力计的指针下轻放一个小纸团,它只能被指针向左推动。用弹簧测力计沿水平方向拉木块,使拉力由零缓慢增大。下列说法正确的是()A.木块开始运动前,摩擦力逐渐增大B.当拉力达到某一数值时木块开始移动,此时拉力会突然变小C.该实验装置可以记录最大静摩擦力的大小D.木块开始运动前,拉力小于摩擦力答案ABC木块受到重力、支持力、拉力和摩擦力作用,运动前处于静止状态,拉力等于静摩擦力,随着拉力增大,静摩擦力逐渐变大,选项A正确,选项D错误;当拉力等于最大静摩擦力时,木块开始运动,此时静摩擦力会突然变为滑动摩擦力,又因为滑动摩擦力略小于最大静摩擦力,所以木块开始移动时拉力会突然变小,选项B正确;木块开始运动时的拉力等于最大静摩擦力,所以该装置可以记录最大静摩擦力的大小,选项C正确。3-2长直木板的上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图所示。则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图像可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()答案C设木板与水平面间的夹角增大到θ时,铁块开始滑动,显然当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=mgsinα;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=μmgcosα。通过上述分析知道:α<θ时,静摩擦力随α角增大按正弦规律增加;当α≥θ时,滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小,所以正确选项为C。考点四力的相互作用和力的平衡的区别相互作用力平衡力受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系同时产生,同时变化,同时消失,相互依存,不可单独存在无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡叠加性两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,且合力为零力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力,也可以不是同性质的力大小、方向大小相等、方向相反、作用在同一条直线上4-1下列说法中正确的是()A.以鸡蛋击石头,鸡蛋破而石头没损伤,是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力B.点电荷A的电荷量是点电荷B电荷量的10倍,所以A对B的库仑力是B对A的库仑力的10倍C.一本书静止在水平桌面上,书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力D.一本书静止在水平桌面上,书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力答案C鸡蛋对石头和石头对鸡蛋、点电荷A对点电荷B和点电荷B对点电荷A、书对桌面和桌面对书的相互作用力均为一对作用力和反作用力,大小相等、方向相反,所以A、B、D选项均错,C选项正确。4-2在滑冰场上,甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上,原来静止不动,在相互猛推一下后分别向相反方向运动,假定两板与冰面间的动摩擦因数相同,已知甲在冰上滑行的距离比乙远,这是由于()A.在推的过程中,甲推乙的力小于乙推甲的力B.在推的过程中,甲推乙的时间小于乙推甲的时间C.在刚分开时,甲的初速度的大小大于乙的初速度的大小D.在分开后,甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小答案C甲、乙相互推的过程中作用力和反作用力一定大小相等,且作用时间也一定相等,故选项A、B均错误。由于两板与冰面间的动摩擦因数相同,故二者的加速度大小也相等,都等于μg,故选项D错误。甲在冰上滑行的距离比乙远,一定是刚分开时甲的初速度的大小大于乙的初速度的大小,故选项C正确。A组基础巩固1.如图所示,质量m=1kg的带电滑块与水平面间的动摩擦因数μ=0.1,由于空间存在水平方向的匀强电场,因此滑块还受到大小为5N、方向水平向右的电场力F的作用,则滑块在向左运动的过程中所受的摩擦力(取重力加速度g=10m/s2)()A.大小为5N,方向水平向右B.大小为5N,方向水平向左C.大小为1N,方向水平向右D.大小为1N,方向水平向左答案C滑块向左运动的过程中,受到地面对它向右的滑动摩擦力作用,Ff=μFN=μmg=1N,选项C正确。2.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,那么木板受地面的摩擦力大小为(重力加速度为g)()A.μ1Mg B.μ2mgC.μ1(m+M)g D.μ1Mg+μ2mg答案B因为木块对木板的摩擦力大小为μ2mg,方向水平向右,而木板静止,所以地面给木板的静摩擦力水平向左,大小为μ2mg,选项B正确。3.如图所示,自动卸货车静止在水平地面上,车厢在液压机的作用下,θ角缓慢增大,在质量为m的货物相对车厢仍然静止的过程中,下列说法正确的是()A.货物对车厢压力变小 B.货物受到的摩擦力变小C.地面对车的摩擦力增大 D.车对地面的压力增大答案A货物处于平衡状态,受重力、支持力、静摩擦力,根据共点力平衡条件,有:mgsinθ=fN=mgcosθθ增大时,f增大,N减小;再根据牛顿第三定律可知,货物对车厢压力变小故A正确,B错误;对货车整体受力分析,只受重力与支持力,不受摩擦力;根据平衡条件,车所受地面支持力不变;再根据牛顿第三定律可知,车对地面的压力也不变,故C、D错误。4.一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上。现对物块施加一个竖直向下的恒力F,如图所示。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则物块()A.仍处于静止状态 B.沿斜面加速下滑C.受到的摩擦力不变 D.受到的合外力增大答案A物块恰好静止在斜面上,沿斜面方向有:mgsinθ=μmgcosθ,得μ=tanθ。施加一个竖直向下的恒力F后,沿斜面向下的力(mg+F)sinθ与沿斜面向上的力μ(mg+F)cosθ仍然相等,所以物块仍处于静止状态,合外力不变,仍为零,故A正确,B、D错误。受到的摩擦力f'=(mg+F)sinθ,变大,故C错误。5.(2019朝阳期中)如图所示,斜面上的物体在恒力F作用下,沿斜面匀速向上运动。F的方向平行于斜面,斜面保持静止,则地面对斜面的摩擦力()A.大小可能为零 B.方向水平向右C.方向水平向左 D.方向与F的大小有关整体的加速度为零,对整体受力分析答案可得地面对斜面的摩擦力水平向左。6.如图所示,物体在水平力F作用下压在竖直墙上静止不动,则()A.物体所受摩擦力的反作用力是重力B.力F就是物体对墙的压力C.力F的反作用力是墙壁对物体的支持力D.墙壁对物体的弹力的反作用力是物体对墙壁的压力答案D作用力与反作用力的性质相同,故A错;力F与物体对墙的压力是两个不同的力,故B错误;力F与墙壁对物体的支持力是一对平衡力,故C错。只有D对。7.如图所示,在倾角为37°的固定斜面上静置一个质量为5kg的物体,物体与斜面间的动摩擦因数为0.8。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)求:(1)物体所受的摩擦力;(2)若用原长为10cm,劲度系数为3.1×103N/m的弹簧沿斜面向上拉物体,使之向上匀速运动,则弹簧的最终长度是多少。答案(1)30N,方向沿斜面向上(2)12cm解析(1)物体静止在斜面上,对其受力分析知,物体受到的静摩擦力Ff=mgsin37°=30N,方向沿斜面向上。(2)当物体沿斜面向上被匀速拉动时,对其受力分析如图所示:弹簧拉力设为F,伸长量为x,则F=kx由平衡条件得F=mgsin37°+Ff'Ff'=μmgcos37°弹簧最终长度l=l0+x由以上各式解得l=12cm。B组综合提能1.如图所示,一物块静止在粗糙的斜面上。现用一水平向右的推力F推物块,物块仍静止不动。则()A.斜面体对物块的支持力一定变小B.斜面体对物块的支持力一定变大C.斜面对物块的静摩擦力一定变小D.斜面对物块的静摩擦力一定变大答案B图①为物