新教材2023年秋高中物理第3章相互作用-力素养提升课3摩擦力的综合分析教师用书含答案新人教版必修第一册

素养提升课(三)摩擦力的综合分析学习任务1．进一步理解摩擦力，掌握滑动摩擦力和静摩擦力的区别。2．知道摩擦力可以发生突变，并能解决摩擦力的突变问题。摩擦力的理解与分析1．静摩擦力与滑动摩擦力对比名称静摩擦力滑动摩擦力定义两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力产生条件(1)接触面粗糙(2)接触处有压力(3)两物体间有相对运动趋势(1)接触面粗糙(2)接触处有压力(3)两物体间有相对运动大小(1)静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足0<Ff≤Ffm(2)最大静摩擦力Ffm大小与正压力大小有关Ff＝μFN方向与受力物体相对运动趋势的方向相反与受力物体相对运动的方向相反作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动2．分析计算摩擦力时的四点注意(1)首先分清摩擦力的性质，因为一般只有滑动摩擦力才能利用公式F＝μFN计算，静摩擦力通常只能根据物体的运动状态求解。(2)公式F＝μFN中，FN为两接触面间的压力，与物体的重力没有必然关系，不一定等于物体的重力。(3)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关，与接触面面积的大小也无关。(4)摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反，但与物体的实际运动方向可能相同、可能相反，也可能不共线。角度1两类摩擦力的理解【典例1】(2022·甘肃兰州高一期末)关于摩擦力，下列说法正确的是()A．物体受到静摩擦力作用时，一定处于静止状态B．只有运动的物体才有可能受滑动摩擦力作用C．具有相对运动的两物体间一定存在摩擦力作用D．摩擦力的方向可能与物体运动方向相同D[运动的物体也可能受静摩擦力，比如在水平路面上，汽车启动时，车厢地板上的物体会受到静摩擦力作用，A错误；静止的物体也可以受到滑动摩擦力，如物体在地面上滑动时，地面虽静止，地面仍受到滑动摩擦力，B错误；如果发生相对运动的两物体接触面光滑，也没有摩擦力，C错误；摩擦力的方向可能与运动方向相同，如放在传送带上的物体，其在摩擦力的作用下运动，则受到的摩擦力与运动方向相同，D正确。]角度2摩擦力的计算【典例2】(2022·浙江金华高一期末)如图所示，重为800N的沙发放在水平地面上，体重600N的小王至少要用96N的水平力推沙发，才能使沙发从原地开始运动。沙发开始运动以后，小王用80N的水平力推沙发，就可以使沙发保持匀速直线运动。以下说法正确的是()A．沙发与地面之间的动摩擦因数为0.12B．若用90N的水平力推这个静止的沙发，则此时沙发所受的摩擦力大小为80NC．若用96N的水平力推这个已经在运动的沙发，则此时沙发所受的摩擦力大小为96ND．小王盘腿坐在沙发上，小李用140N的水平力推已经在运动的沙发，可使小王和沙发保持匀速运动D[由题意知用80N的水平力推沙发，就可以使沙发保持匀速直线运动，由平衡条件得T＝μmg，解得沙发与地面之间的动摩擦因数为μ＝80800＝0.1，故A错误；由题意知至少要用96N的水平力推沙发，才能使沙发从原地开始运动，即沙发与地面间的最大静摩擦为96N，所以若用90N的水平力推这个静止的沙发，则此时沙发不动，所受的摩擦力大小与推力相等，即为90N，故B错误；若用96N的水平力推这个已经在运动的沙发，则此时沙发所受的摩擦力为滑动摩擦力，大小仍为80N，故C错误；小王盘腿坐在沙发上，想使小王和沙发保持匀速运动，则小李需要的水平力为F＝μ(M＋m)g＝140N，故D正确。[跟进训练]1．(2022·北京市顺义区第九中学高一期中)在中学秋季田径运动会上，李好同学奋力拼搏，勇夺男子100m冠军，如图为该同学奔跑途中的两个瞬间，用Ff1、Ff2分别表示该同学在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是()A．Ff1向后，Ff2向后 B．Ff1向前，Ff2向前C．Ff1向前，Ff2向后 D．Ff1向后，Ff2向前C[当该同学奔跑途中，后脚用力向后蹬，人才向前运动，正是由于地面给后脚有个向前的静摩擦力，使运动员能向前运动。而当前脚向前跨时，正是由于地面给前脚有个向后的静摩擦力，否则运动员会向前滑动。所以前脚受到地面的向后的静摩擦力。]2．(2022·安徽马鞍山高一期末)如图所示，质量为m的物块和质量为M的木板叠放在水平地面上，物块在拉力F作用下在木板上向右滑行，木板始终处于静止状态，物块与木板间动摩擦因数为μ1，木板与地面间动摩擦因数为μ2，那么下列说法正确的是()A．物块受到的摩擦力大小一定为FB．物块对木板的摩擦力方向水平向左C．地面对木板的摩擦力是水平向左的静摩擦力D．地面对木板的摩擦力大小一定是μ2(M＋m)gC[物块在拉力F作用下在木板上向右滑行，木板始终处于静止状态，物块运动的情况不清楚，当物块匀速运动时物块受到的摩擦力大小为F，A错误；物块相对木板向右运动，则木板相对物块向左运动，木板受到物块的滑动摩擦力方向水平向右，B错误；木板受到物块的滑动摩擦力方向水平向右，木板始终处于静止状态，则地面对木板的摩擦力是水平向左的静摩擦力，C正确；木板受到物块的滑动摩擦力为μ1mg，木板始终处于静止状态，则地面对木板的摩擦力大小一定是μ1mg，D错误。]摩擦力的突变问题摩擦力的突变问题，无论怎样变化，其本质就是静摩擦力和滑动摩擦力大小或方向的变化分析问题，以下是摩擦力突变的常见情况：分类说明案例图示静—静“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于平衡状态，当作用在物体上的其他力发生突变时，如果物体仍能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小或方向将会发生“突变”在水平力F作用下物体静止于斜面，F突然增大时物体仍静止，则所受静摩擦力大小或方向将“突变”静—动“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”为滑动摩擦力放在粗糙水平面上的物体，水平作用力F从零逐渐增大，物体开始滑动时，物体受到地面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力动—静“突变”物体在摩擦力和其他力作用下做减速运动，突然停止滑行时，物体将不受摩擦力作用，或受到的滑动摩擦力“突变”为静摩擦力滑块以速度v0冲上斜面做减速运动，当到达某位置静止时，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，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”水平传送带的速度v1大于滑块的速度v2，滑块受到的滑动摩擦力方向向右，当传送带突然被卡住停止传动时滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左【典例3】(2022·浙江湖州高一期末)小张同学利用如图甲所示的装置研究物块受到的摩擦力情况。质量为4kg的物块放置在粗糙的长木板上，通过轻绳与固定在水平实验操作台上的力传感器连接。现用水平向左的力F将长木板从物块下面拉出，传感器记录的FT-t图像如图乙所示。下列说法正确的是()A．2.5～3.5s内物块受到的是滑动摩擦力B．长木板受到的摩擦力总是水平向右C．物块与长木板间的动摩擦因数约为0.25D．向左拉长木板的F-t图线和图乙的图线相同B[2.5～3.5s内物块受到的FT一直在变化，根据平衡调节，故摩擦力也在变化，正压力和接触面不变，说明这段时间物块受到的是静摩擦力，A错误；根据平衡条件物块受到长木板对它的摩擦力水平向左，根据牛顿第三定律，长木板受到的摩擦力总是水平向右，B正确；根据图像可得绳的拉力稳定时为8N，故滑动摩擦力大小为8N，则有Ff＝μFN＝μmg，解得μ＝Ffmg＝0.2，C错误；长木板与操作台间有摩擦力，且不能保证长木板匀速运动，故拉长木板的力和图乙的细线所受的力不同，D错误物体受到的外力发生变化时，物体受到的摩擦力就有可能发生突变。解决这类问题的关键：正确对物体进行受力分析和运动状态分析，从而找到物体摩擦力的突变“临界点”。[跟进训练]3．如图所示为一同学从t＝0时刻起逐渐增加水平推力推动箱子过程中三个时刻(t1、t2、t3)的漫画图。假设t1时刻同学对箱子的推力为5N，t2时刻推力为10N，t3时刻推力为15N。下列说法正确的是()A．箱子对地面的压力就是箱子的重力B．t1时刻，箱子所受地面的摩擦力大于5NC．t2时刻，箱子所受合外力与t1时刻相同D．箱子与地面的滑动摩擦力一定为15NC[重力和压力是两种不同性质的力，只能说箱子对地面的压力大小等于箱子的重力，A错误；t1时刻，箱子没动，水平方向由二力平衡可知，箱子所受地面的静摩擦力等于5N，B错误；t2时刻和t1时刻箱子都处于平衡状态，所受的合力均为零，C正确；t3时刻推力为15N，此时箱子动了，但不能确定箱子的运动状态，故不能确定与地面的滑动摩擦力是否等于15N，D错误。]4．(多选)如图甲所示，重为G的物体在水平向右的压力F作用下静止在竖直墙上，F随时间t均匀减小，如图乙所示。物体与墙之间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体始终静止。设墙对物体的弹力为N、物体与墙的最大静摩擦力为Fmax、