高中物理学案第3章第3节第1课时滑动摩擦力及其影响因素

第3节摩擦力第1课时滑动摩擦力及其影响因素一、滑动摩擦力的内涵要素1．接触面性质：接触面粗糙(选填“粗糙”或“光滑”)。2．接触力的情况：相互接触且相互挤压。3．运动情况：发生相对运动时，在接触面上产生的阻碍相对运动的力。汽车在冰雪路面行驶时常采用防滑链，采用这种措施的目的是什么？提示：是为了增大滑动摩擦力。二、滑动摩擦力的矢量性1．方向：总是与接触面相切，并且与相对运动方向相反。2．大小：(1)文字表述：滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比。(2)数学关系式：f＝μN。(3)μ由接触面的材料决定，与面积、压力的大小无关。某同学学习摩擦力后，总结出以下结论：①一个物体在另一个物体表面滑动时，一定产生摩擦力。②滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体运动方向相反。③滑动摩擦力的大小与物体的重力成正比。④动摩擦因数的大小与滑动摩擦力大小无关。⑤物体静止时可以受到滑动摩擦力。以上说法正确的是⑤。如图所示，电影明星在沿倾斜的大楼表面下滑。思考：他所受摩擦力方向如何？如果大楼表面沿竖直方向，他还受摩擦力吗？提示：沿大楼表面向上。不受。如果大楼表面竖直，则电影明星和大楼表面接触但没有挤压，故无法产生滑动摩擦力。一、认识滑动摩擦力(物理观念——相互作用观念)1．滑动摩擦力产生的条件：(1)接触面粗糙。(2)两物体相互接触。(3)两物体相互挤压，即两者之间存在弹力。(4)两物体沿接触面发生相对滑动。2．滑动摩擦力的方向与运动方向的关系：(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。(1)与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向相反”。(2)滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动，而不是阻碍物体的运动。【典例】(多选)下列有关滑动摩擦力的说法中正确的是()A.有压力则一定有滑动摩擦力B．有滑动摩擦力则一定有压力C．滑动摩擦力总是跟接触面间的压力垂直D．只有运动物体才受滑动摩擦力【解析】选B、C。产生滑动摩擦力的条件有三个：有压力(相互接触且挤压)、接触面粗糙、发生相对滑动，三个条件缺一不可，故A错误，B正确；滑动摩擦力的方向总沿着接触面，接触面间的弹力总垂直于接触面，所以滑动摩擦力总垂直于压力，选项C正确；滑动摩擦力发生于相对滑动的两物体之间，两个物体中可能有一个相对地面是静止的，故D错误。1．下列关于摩擦力和动摩擦因数的说法中正确的是()A.只要物体间接触面是粗糙的，它们间就一定有摩擦力的作用B．两个相对滑动的物体的接触面之间一定存在滑动摩擦力C．两个物体之间的动摩擦因数与接触面的面积有关D．一般情况下，动摩擦因数μ只跟相互接触的两个物体的材料和接触面情况有关，与其他条件无关【解析】选D。根据摩擦力产生的条件可知，A错误；两个相对滑动的物体的接触面若是光滑的，则不会有滑动摩擦力，故B错误；动摩擦因数是由相互接触的两个物体的材料和接触面的情况决定的，与其他条件无关，故C错误，D正确。2．以下关于滑动摩擦力的说法中，正确的是()A．滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反B．滑动摩擦力总是阻碍物体的运动C．滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反D．两个相互接触的物体发生相对滑动时，它们都要受到滑动摩擦力的作用【解析】选C。滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，但与物体的运动方向既可能相同，也可能相反，既可能促进物体的运动，如人走路、传送带等，也可能阻碍物体的运动，A、B错误，C正确；摩擦力的产生必须具备三个条件，两个相互接触的物体发生相对滑动时，接触面间相互挤压和粗糙的条件不一定具备，此时物体间不一定有摩擦力，D错误。【补偿训练】(多选)如图所示，下列常见事例中受到滑动摩擦力的物体有()A.刹车时，车轮抱死的摩托车B．在竖直绳的拉力作用下沿竖直墙壁运动的重物C．在水平地面上被推动的木箱D．冬天，相互摩擦取暖的双手【解析】选A、C、D。按照产生滑动摩擦力的条件来分析物体是否受到摩擦力。四个事例中的研究对象都与其他物体接触、相对于接触物体有相对运动、接触面都不是光滑的。但是选项B中的重物与墙壁间没有挤压，因此该重物与墙壁间没有滑动摩擦力。其余选项中的研究对象跟与之接触的物体都有相互挤压，因此都受到滑动摩擦力的作用。综上所述，选项A、C、D正确。二、科学探究——滑动摩擦力大小与物体间压力的关系(科学探究)1．实验目的：研究滑动摩擦力大小与接触面的情况、压力的定量关系。2．设计思路：(1)实验方法：控制变量法。①控制接触面粗糙程度不变，研究滑动摩擦力与压力的定量关系。②控制滑动摩擦力与压力不变，研究eq\f(f,N)与接触面粗糙程度的关系。(2)测量的物理量。①测量滑动摩擦力的大小：根据物体A水平方向二力平衡，滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。②测量压力的大小：a．实验原理：根据竖直方向上二力平衡，压力N＝mg。b．数据的收集方法：利用天平测量物体A的质量，由N＝mg获得压力的大小。(3)通过在物体A上加砝码的方法改变压力。(4)通过将木板改为玻璃板改变接触面的粗糙程度。3．实验结论：(1)当接触面材料相同，压力不同时：滑动摩擦力f的大小跟压力N成正比，即f＝μN。(2)当压力相同，接触面材料不同时：滑动摩擦力与压力的比值eq\f(f,N)不同，说明接触面的动摩擦因数不同。【典例】科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制订计划并设计实验，进行实验，收集证据，分析论证，评估交流等。一位同学学习了滑动摩擦力后，怀疑滑动摩擦力的大小可能与接触面积有关，于是他准备用实验探究这个问题。(1)这位同学认为：滑动摩擦力的大小与接触面积成正比，这属于科学探究活动的________________环节。(2)为完成本实验，需要自己制作木块，他应制作的木块是下列选项中的________________。A．各面粗糙程度相同的正方体木块B．各面粗糙程度不相同的正方体木块C．各面粗糙程度相同、长宽高各不相等的长方体木块D.各面粗糙程度不相同、长宽高各不相等的长方体木块(3)为了测量木块与木板之间的滑动摩擦力，他设计了如图两种方案：甲是将长木板固定在水平面上，用弹簧测力计水平拉动木板上的木块；乙是用弹簧测力计水平拉住木块，他水平拉动木块下的木板。你认为更利于操作的方案是__________________；理由是___________________________。【解析】(1)这个环节是在探究前对可能的结果进行猜想和假设，属于作出假设环节。(2)应当用控制变量法进行研究，探究滑动摩擦力与接触面积的关系时，应当保持接触面粗糙程度和压力大小不变，改变接触面积的大小。故应选C。(3)应当选择乙方案。甲方案操作时需要匀速拉动木块(不易做到)，且要在木块运动时读取弹簧测力计的示数；乙方案只需要拉动木板运动即可，不要求匀速拉动，且容易读取弹簧测力计的示数。答案：(1)作出假设(2)C(3)乙理由见解析某同学设计了测动摩擦因数的实验，实验装置如图所示。其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计。实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。已知重力加速度为g。则该设计能测出________(选填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为μ＝________。【解析】当用力将A从B的下方抽出时，B处于静止状态且相对A向右运动，弹簧测力计的读数F1与B所受的滑动摩擦力f大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由f＝μN得，μ＝eq\f(f,N)＝eq\f(F1,mg)。答案：A与Beq\f(F1,mg)【拓展例题】考查内容：滑动摩擦力的综合应用【典例】如图所示，一重力为20N的物体放在水平地面上，在一大小为F＝8N的水平向右拉力作用下，向右匀速运动。(1)求物体所受的摩擦力的大小和方向。(2)求物体与地面间的动摩擦因数μ。(3)若突然将外力F的方向改为水平向左，大小变为16N，求此时物体所受摩擦力大小和方向。【解析】(1)根据二力平衡，物体所受摩擦力f＝F＝8N，方向与拉力方向相反，即水平向左。(2)动摩擦因数μ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(8N,20N)＝0.4。(3)外力突然改为水平向左时，物体仍在向右运动，对水平面的压力没有变，故此时它受到的摩擦力大小、方向都与外力改变前相同。答案：(1)8N水平向左(2)0.4(3)8N水平向左“迟钝”的沙漏反应“迟钝”的沙漏加工一支直径约5cm、长约4cm的玻璃管，一端封闭，一端开口。另加工一只沙漏，它是一个形状像“8”字的密闭容器，其内装有适量的细砂，使沙漏的平均密度略小于水。将玻璃管装满水，把沙漏放入管内，沙漏将在管内悬浮。现在用手盖住玻璃管口，不让水流出，将管子倒转过来，此时沙漏也被倒转过来并处在玻璃管的下端。奇妙的是沙漏并没有立即上浮，而是停在水底约一分钟的时间才上升。为什么沙漏的上浮会出现“迟钝”的现象呢？提示：其实是摩擦力从中“作梗”，当沙漏倒转过来时，其内的沙子不是处在最低处，使沙漏“头重脚轻”，故身子发生倾斜，对玻璃管壁产生压力。沙漏要上浮，管壁会对沙漏产生静摩擦力阻碍沙漏的上浮。由于沙漏的中部比较细，沙子流到下部需要一定的时间。当沙子的大部分流到沙漏的下部时，沙漏又处于竖直状态，此时管壁与沙漏之间没有压力，故摩擦力也随之消失，沙漏受到的浮力大于沙漏的重力，因此又上浮到玻璃管的上方。1．(水平1)关于弹力和摩擦力，下面几种说法中正确的是()A．摩擦力的方向总与物体运动的方向相反B．有摩擦力一定就有弹力C．弹力的大小总是与物体的重力成正比D．同一接触面处弹力和摩擦力的方向一定不垂直【解析】选B。摩擦力的方向总与物体相对运动的方向相反，有时与物体运动方向相同，有时与物体运动方向相反，A错误；由于摩擦力的产生条件之一就是接触面间有挤压，故存在摩擦力的接触面间一定存在弹力，B正确；弹力的大小不一定总是与物体的重力成正比，比如按在竖直墙壁上的物体，弹力与重力无关，C错误；弹力垂直于接触面，而摩擦力与接触面相切，故二者方向一定垂直，D错误。2．(水平1)关于产生摩擦力的条件，下列说法正确的是()A．相互压紧的粗糙物体之间总有摩擦力存在B．相对运动的物体间一定有滑动摩擦力存在C．只有相互挤压和有相对运动或相对运动趋势的粗糙物体之间才有摩擦力的作用D．只有相互挤压和发生相对运动的物体之间才有摩擦力的作用【解析】选C。相互压紧的物体间如果没有相对运动或相对运动趋势，不会存在摩擦力，所以A项错误；但仅有相对运动或相对运动趋势而没有压紧也不会有摩擦力，故B项错误；当物体间既相互压紧又有相对运动或相对运动趋势，但接触面光滑也不会有摩擦力，因此C项正确，而D项错误。3.(水平1)中国书法是一种艺术。在楷书笔画中，长横的写法要领如下：起笔时一顺，然后向右行笔，收笔时略向右按，再向左上回带。某同学在水平桌面上平铺一张白纸，为防止打滑，他在白纸的左侧靠近边缘处用镇纸压住。则下列关于从左至右行笔过程中各物体的受力情况说法正确的是()A．毛笔对纸的压力一定大于毛笔的重力B．镇纸受到了向右的静摩擦力C．白纸受到了3个摩擦力D．桌面受到了向右的静摩擦力【解析】选D。提笔写字时，手对毛笔有向上的作用力，且手对毛笔的作用力未知，则毛笔对纸的压力不一定大于毛笔的重力，选项A错误；镇纸相对白纸无运动趋势，则镇纸不受静摩擦力作用，选项B错误；白纸受到笔向右的滑动摩擦力，同时受到桌面向左的静摩擦力作用，选项C错误；白纸在水平方向上受到毛笔对白纸向右的摩擦力和桌面对白纸向左的摩擦力，所以白纸处于平衡状态，根据牛顿第三定律可知，白纸对桌面的静摩擦力向右，选项D正确。4．(水平2)某同学在探究摩擦力的实验中采用了如图所示的操作，将一个长方体木块放在水平桌面上，然后用一个力传感器对木块施加一个水平拉力F，并用另外一个传感器对木块的运动状态进行监测，表中是她记录的实验数据。木块的重力为10.00N，重力加速度g取9.80m/s2，