高一物理人教版必修1学案第三章2-摩擦力

2．摩擦力生活中摩擦力的存在给人们带来了不少麻烦。鞋子被磨破、自行车轮胎的花纹被磨平、机器上的许多零件由于磨损而需要经常更换。然而我们又离不开摩擦力。没有摩擦力，我们就不能在地上行走；没有摩擦力，螺丝钉就不能旋紧；没有摩擦力，钉在墙上的钉子会松开墙面脱离下来；没有摩擦力，已经开动的汽车无论如何也停不下来……摩擦力到底是怎样的一种力呢？它都有哪些特点？这节课我们就来学习摩擦力。教师在讲授本节内容时，建议从以下几个方面进行教学：1．通过生活实例和教材上的演示实验，让学生体会摩擦力的存在和作用效果。2．对于摩擦力的方向的教学，要强调“跟物体的相对运动方向或相对运动趋势方向相反”。“相对”取决于参考系的选取，这里的参考系特指与其接触的施力物体。3．结合实例让学生理解相对运动与运动，相对运动与相对运动趋势的区别。4．教学中应注意静摩擦力与滑动摩擦力的对比，尤其注意两种摩擦力的计算方法的不同。【课程标准】1.认识摩擦力。2．知道滑动摩擦力和静摩擦力。3．能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。【素养目标】一、滑动摩擦力1．定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。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。2．滑动摩擦力的方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。3．滑动摩擦力的大小：(1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成正比。(2)公式：Ff＝μFN。(3)动摩擦因数μ：它的值跟两接触面的材料和粗糙程度有关。二、静摩擦力1．定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动趋势，而没有相对运动时的摩擦力叫作静摩擦力。传送带为什么能将粮食运送到高处？提示：粮食受到传送带的静摩擦力而被送到高处。2．静摩擦力方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。3．静摩擦力大小：(1)最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值Fmax，在数值上等于物体匀速运动时的拉力。(2)物体间实际产生的静摩擦力大小范围：0<F≤Fmax。某同学学习摩擦力后，总结出以下结论：①只有静止的物体才能受到静摩擦力。②静摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。③最大静摩擦力的大小与物体间的正压力有关。④同一接触面上的摩擦力总是与弹力相互垂直。以上说法正确的是③④。1.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，他和大楼表面接触但没有挤压，故无法产生滑动摩擦力。2．如图所示，手握住瓶子处于静止状态。思考：瓶子所受的摩擦力的方向怎样？如果手的握力增大，瓶子所受摩擦力会不会增大？为什么？提示：竖直向上。不会。静摩擦力与压力无关。一、滑动摩擦力滑动摩擦力的产生和方向(物理观念——相互作用观念)牙刷、毛刷、黑板擦等都是利用摩擦力进行清洁的例子。用力将牙刷按到一个平面上快速滑动，观察到牙刷的刷毛向哪个方向弯曲？该实验说明摩擦力的方向有什么特点？提示：刷毛向相对运动的反方向弯曲。摩擦力与相对运动方向相反。1.滑动摩擦力产生的条件:(1)两物体接触且接触面粗糙(2)物体间有弹力(3)两物体发生相对运动三个条件必须同时具备，两物体间才能产生滑动摩擦力。2．运动方向和相对运动方向：运动情景运动与相对运动方向(1)当v1=v2时,都向右运动,但相对静止(2)当v1>v2时,都向右运动;A相对B向右运动(3)当v1<v2时,都向右运动;A相对B向左运动总结：(1)运动方向一般是指物体相对地面的运动方向。(2)两物体间的相对运动方向总是相反或相对静止。(3)相对运动方向指以接触物体为参照物的运动方向。3．滑动摩擦力的方向：(1)滑动摩擦力的方向：沿接触面，并与物体相对运动的方向相反。(2)滑动摩擦力的作用效果：阻碍物体间的相对运动。注意是相对运动，而不是阻碍物体的运动，所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能相反。【典例1】如图所示，汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动，车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动。下列判断正确的是()A．若v1<v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力B．若v1<v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力C．若v1>v2，货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D．若v1>v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力【解题探究】(1)判断货物A相对汽车B的运动方向时，应该把哪个物体看成静止的？提示：相对哪个物体的运动，将哪个物体看成静止的，所以将汽车B看成静止的。(2)若v1>v2，货物A相对汽车B的运动方向如何？若v1<v2，汽车B相对货物A的运动方向又如何？提示：若v1>v2，货物A相对汽车B向左运动；若v1<v2，货物A相对汽车B向右运动。【解析】选B。若v1＜v2，则A相对B向右运动，故B对A施加向左的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力，故A错误、B正确；若v1＞v2，则A相对B向左运动，故B对A施加向右的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向左的滑动摩擦力，故C、D错误。判断滑动摩擦力方向的步骤(1)确定发生相对运动的两个物体；(2)将一个物体选作参考系(视作静止)；(3)判断另一个物体的运动方向；(4)根据滑动摩擦力的方向总是跟物体相对运动方向相反，判断滑动摩擦力的方向。滑动摩擦力的大小的计算(科学思维——科学推理)(1)公式法：由Ff＝μFN计算。(2)二力平衡法：物体匀速直线运动或静止时(有相对运动)，根据二力平衡求解。情景分析结论物体在水平推力下匀速向前运动摩擦力等于推力物体沿着墙面匀速下滑摩擦力等于重力【典例2】(多选)在水平力F作用下，重为G的物体匀速沿墙壁下滑，如图所示，若物体与墙之间的动摩擦因数为μ，则物体所受的摩擦力的大小为()A．μFB．μGC．GD．eq\r(F2＋G2)【解析】选A、C。对物体受力分析可知，物体对墙壁的压力大小FN＝F，则物体所受摩擦力的大小Ff＝μFN＝μF，故A项正确；物体沿墙壁匀速下滑，竖直方向受到重力和向上的滑动摩擦力，由平衡条件得知，滑动摩擦力大小Ff＝G，故C项正确。1．一物体置于粗糙水平地面上，按如图所示不同的放法，在水平力F的作用下运动，设地面与物体各接触面间的动摩擦因数相等，则木块受到的摩擦力的大小关系是()A.Ff甲＞Ff乙＞Ff丙 B．Ff乙＞Ff甲＞Ff丙C．Ff丙＞Ff乙＞Ff甲 D．Ff甲＝Ff乙＝Ff丙【解析】选D。物体在三种情况下所受摩擦力均为滑动摩擦力，物体的动摩擦因数与接触面积无关，由F＝μFN＝μmg知，物体在三种情况下所受摩擦力大小相等，故D项正确。2．质量为3kg的木块放在水平地板上，用F＝6N的水平拉力拉该木块时，木块恰能做匀速直线运动。求(g取10N/kg)(1)木块与地板间的动摩擦因数；(2)若F的大小不变而将方向改为竖直向上作用于该木块上，则此时应加一个多大的水平拉力，才能使该木块保持匀速直线运动状态？【解析】(1)木块匀速运动，则Ff1＝F＝6N，而Ff1＝μFN1＝μmg，故μ＝0.2。(2)将F方向改为竖直向上后，木块对水平地板的压力FN2＝mg－F＝24N，保持木块匀速运动的拉力：F′＝Ff2＝μFN2＝0.2×24N＝4.8N。答案：(1)0.2(2)4.8N【拔高题组】1．(多选)下列关于摩擦力的说法正确的是()A．两物体间有摩擦力，一定有弹力，且摩擦力的方向与它们间的弹力方向垂直B．两物体间的摩擦力大小与它们间的压力一定成正比ＫC．在两个运动的物体之间可以存在静摩擦力，且静摩擦力的方向可以与运动方向成任意角度D．滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同，也可以相反【解析】选A、C、D。弹力是形成摩擦力的必要条件，且弹力与摩擦力的方向垂直，故A项正确；静摩擦力的大小与压力的大小无必然联系，故B项错误；受静摩擦力作用的物体可以是静止的，也可以是运动的，静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反，但与运动方向无关，可以与运动方向成任意夹角，故C项正确；滑动摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，与物体的运动方向可以相同，也可以相反，故D项正确。2．一个重G1＝400N的小孩，坐在一块重G2＝100N的木块上，用一根绕过光滑定滑轮的轻绳拉住木块，使人和木块处于相对静止一起匀速前进(如图所示)。已知人的拉力F＝70N，则木块与地面间的动摩擦因数为()A.0.14 BC．0.70 D．0.35【解析】选B。由于小孩与木块保持相对静止，可以作为一个整体。这个整体的受力情况如图所示：由平衡条件得整体所受的摩擦力和跟地面间的压力分别为Ff＝2F＝140N，FN＝G1＋G2＝500N,所以μ＝eq\f(Ff,FN)＝0.28，故B项正确。二、静摩擦力静摩擦力的产生和方向(物理观念——相互作用观念)下面两幅图片中，足球和卡车都保持静止，那么它们与地面是否有相对运动趋势呢？是否都受摩擦力？提示：足球与地面没有相对运动趋势，不受到地面的摩擦力；卡车与地面有相对运动趋势，受到地面的摩擦力。1．静摩擦力产生的条件：用筷子把压实的米和杯子慢慢提起(1)两物体接触且接触面粗糙(2)两物体间有弹力(3)两物体间有相对运动趋势三个条件必须同时具备，两物体间才能产生静摩擦力。2．静摩擦力的方向判定的两种方法：(1)假设法：假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动，从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向。(2)状态法：当物体受力处于平衡状态时，根据力的平衡，判断出静摩擦力的方向。3．静摩擦力方向与运动方向的关系：不同情况情境示例两者方向相同传送带靠静摩擦力把货物送到高处两者方向相反汽车刹车,油桶和汽车之间的静摩擦力方向不共线手握着物体,摩擦力向上,可以朝任意方向运动总结：静摩擦力既可以充当动力也可以充当阻力，静摩擦力方向与物体运动方向没有必然联系。【典例1】(多选)如图所示为皮带运输机的示意图，A为传送带上的货物，则()A．如果货物A随传送带一起向上匀速运动，A受到沿斜面向上的摩擦力B．如果货物A随传送带一起向下匀速运动，A受到沿斜面向下的摩擦力C．如果货物A和传送带都静止，A不受摩擦力D．如果货物A和传送带都静止，A对传送带有沿斜面向下的摩擦力【解题探究】(1)当货物A随传送带一起向上匀速运动时，物体所受的是哪种摩擦力？提示：货物与传送带相对静止，受静摩擦力。(2)假设货物与传送带间没有摩擦力，货物将如何运动？提示：货物将沿着传送带向下滑动。【解析】选A、D。货物与传送带保持相对静止，所以受静摩擦力，静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。如果货物A随传送带一起向上匀速运动，对A来说，有相对于传送带向下滑动的趋势，则摩擦力与相对运动趋势方向相反，即沿斜面向上，故A项正确，B项错误；如果货物A和传送带都静止，A相对于传送带有向下的运动趋势，传送带相对于A有向上的运动趋势，则A给传送带的摩擦力方向向下，故C项错误，D项正确。静摩擦力的大小(科学思维——科学推理)用手握住一个水杯，逐渐向水杯内注水。只要水杯没有滑动，随着杯中水的重量增加，感受摩擦力的大小如何变化？提示：随着水的重力的增大而逐渐增大。1．静摩擦力的大小：(1)大小的范围：0＜F≤Fmax。(2)计算：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。(3)最大静摩擦力：最大静摩擦力Fmax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。2．摩擦力的大小随拉力的变化：将一物块放置于水平桌面上，受水平拉力的作用。逐渐增大拉力的过程中，摩擦力的大小随拉力的变化图像为：【典例2】水平桌面上有一个重200N的物体，与桌面间的动摩擦因数为0.2，当依次用15N、30N、80N的水平拉力拉此物体时，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、30N、40N B．15N、30N、80NC．0、0、40N D．15N、40N、40N【解析】选A。物体与桌面间的最大静摩擦力Ffmax＝μFN＝0.2×200N＝40N。拉力为15N、30N时，物体静止，根据二力平衡知，静摩擦力大小分别为15N、30N；当拉力为80N时，物体滑动，为滑动摩擦力，大小为Ff＝μFN＝0.2×200N＝40N，选项A正确。计算摩擦力大小的一般步骤【典例加练】如图甲所示，一与电脑连接的拉力传感器固定在竖直墙壁上，通过细绳拉住一放在长木板上的小铁块，细绳水平伸直，初始时拉力传感器示数为零。现要测量小铁块与长木板之间的动摩擦因数，用一较大的水平拉力拉住长木板右端的挂钩，把长木板从小铁块下面拉出，在电脑上得到如图乙所示的数据图像，已知当地重力加速度g＝9.8m/s2(1)测得小铁块的质量m＝0.50kg，则小铁块与长木板间的动摩擦因数__________。(结果保留三位有效数字)(2)以不同的速度把长木板拉出，随着速度的增加，小铁块受到的摩擦力__________。(选填“越来越大”“越来越小”或“不变”)(3)若固定长木板，去掉小铁块上的细绳，用一水平推力推小铁块，则至少需要__________N的推力才能推动小铁块。【解析】(1)由题图乙可知，小铁块所受滑动摩擦力Ff＝1.0N，由Ff＝μmg解得小铁块与长木板之间的动摩擦因数μ＝0.204。(2)由于摩擦力与小铁块运动的速度无关，所以随着速度的增加，小铁块受到的摩擦力不变。(3)由题图乙可知，小铁块所受的最大静摩擦力Fmax＝1.20N，所以至少需要1.20N的推力才能推动小铁块。答案：(1)0.204(2)不变(3)1.201．下列情景中，物体M所受摩擦力f的示意图正确的是()【解析】选B。物体静止在水平面上时，不受摩擦力，故A项错误；汽车停在斜坡上时，有沿斜坡向下滑动的趋势，则摩擦力方向沿斜坡向上，故B项正确；物体贴着竖直墙壁自由下落时，物体与墙壁间没有压力，则没有摩擦力，故C项错误；瓶子被握在手中时，有下滑的趋势，则摩擦力方向向上，故D项错误。2.(2021·杭州高一检测)木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2，夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动。现用F＝10N的水平力推木块B，如图所示，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，力F作用后(A．木块A所受静摩擦力大小为10NB．木块B所受静摩擦力为8NC．弹簧的压缩量变为2.5D．若F变为20N，B开始向左运动【解析】选D。最大静摩擦力可以近似的认为和木块受到的滑动摩擦力的大小相等，所以木块A受到的最大静摩擦力为：f＝μFN＝0.2×50N＝10N，木块B受到的最大静摩擦力为：f′＝μF′N＝0.2×60N＝12N，此时弹簧的弹力的大小为：FT＝kx＝400×0.02N＝8N，弹簧的弹力的大小均小于木块受到的最大静摩擦力的大小，开始木块处于静止状态，根据平衡条件：A受到的静摩擦力大小是8N，方向向右，B受到的静摩擦力大小也是8N，方向向左；当在B上施加向右的推力F＝10N后，对B受力分析：推力F和弹簧弹力的合力等于2N，B继续静止不动，故B受到的静摩擦力的大小为f1＝F－FT＝10N－8N＝2N，方向向右；施加F后弹簧的形变量未改变则A受力情况不变，A受到的静摩擦力大小仍为8N，方向向右，弹簧压缩量仍为2cm，故A、B、C错误；在B上施加向右的推力F′＝20N后，对B受力分析：F′＝f′＋FT，即B恰好受力平衡，受到的摩擦力为最大静摩擦力也就是滑动摩擦力，此时B刚好向左滑动，故D【拔高题组】1．如图所示，在两块相同的竖直木板A、B间有质量为m的4块相同的砖。用两个大小均为F的力水平压木块，使砖静止不动，则第2块砖对第3块砖的摩擦力大小为()A．0 B．eq\f(mg,2)C．mg D．2mg【解析】选A。以四块砖整体为研究对象，受力分析如图所示，则2Ff＝4mg，Ff＝2mg；再以1、2两块砖一块分析有，Ff＋F2、3＝2mg，故F2、3＝0，即2、3间摩擦力为零，故A项正确。2.把一个重为G的物体，用一个水平力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平面墙体上，如图甲所示，则从t＝0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是图乙中的()【解析】选B。由于物体受到的水平推力为F＝kt，由二力平衡得，墙与物体间的压力FN＝kt。当F比较小时，物体受到的摩擦力Ff小于物体的重力G，物体将沿墙壁下滑，此时物体间的摩擦力为滑动摩擦力。由Ff＝μFN得，滑动摩擦力Ff＝μkt，当摩擦力Ff大小等于重力G时，由于惯性作用，物体不能立即停止运动，物体受到的摩擦力仍然是滑动摩擦力。随着摩擦力的增大，摩擦力将大于重力，物体做减速运动直至静止，摩擦力将变为静摩擦力，静摩擦力与正压力无关，跟重力始终平衡，故B项正确。【拓展例题】考查内容：摩擦力与图像的结合【典例】如图甲所示，某同学用水平绳拉放在平台上的行李包，一直没有拉动，通过手上的弹簧测力计测出拉力F与时间t的关系如图乙所示，则行李包与地面的摩擦力的大小对应的关系图是()【解析】选A。该同学没有拉动行李包，说明行李包与平台间的摩擦力是静摩擦力，此时静摩擦力等于拉力。“迟钝”的沙漏加工一支直径约5cm、长约40cm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，其内装有适量的细沙，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)关于滑动摩擦力，下列说法正确的是()A．滑动摩擦力与物体的重力成正比B．受滑动摩擦力作用的物体一定是运动的C．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反D．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动【解析】选D。滑动摩擦力与物体间的正压力成正比，故A项错误；受滑动摩擦力作用的物体可能是静止的，如木块在桌面上滑动，静止的桌面也受到滑动摩擦力，故B项错误；滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反，阻碍物体间的相对运动，但是与物体运动的方向可能相同，故C项错误，D项正确。2．(水平2)如图所示，一木板B放在水平地面上，木块A放在木板B的上面，木块A的右端通过弹簧测力计固定在竖直墙壁上，用力2F向左拉木板B，使它以速度v匀速运动。假设拉动B的过程中，木块始终保持静止，弹簧测力计的示数为F，下列说法中正确的是()A.此时木块A与木板B之间的摩擦力是静摩擦力B．此时地面受到向右的滑动摩擦力，大小等于FC．若木板B被加速向左拉出，木块A受到的滑动摩擦力仍等于FD．若木板B被减速向左拉出，木块A受到的滑动摩擦力可能小于F【解析】选C。木块A与木板B之间是相对滑动的，所以是滑动摩擦力，A错误；对A、B受力分析如图所示，A受水平向右的弹力和水平向左的摩擦力，二力平衡，B对A的摩擦力等于F，又因为物体间力的作用是相互的，则木板B受到A对它水平向右的摩擦力F；由于B做匀速直线运动，则B受到水平向左的拉力和水平