【讲与练】高中物理人教版(2019)必修1：第3章专题强化4摩擦力的综合分析学案

专题强化4摩擦力的综合分析课程标准1．进一步理解摩擦力的概念，会用条件法、假设法、相互作用法、状态法判断摩擦力的有无。2．会用摩擦力公式计算摩擦力的大小。素养目标科学探究1．进一步加深对摩擦力的理解，判断摩擦力的有无及其方向。2．了解增大或减小摩擦在生产、生活中的应用。探究静摩擦力与滑动摩擦力的比较要点提炼1．对摩擦力的理解(1)摩擦力是指发生在两个相互接触的物体之间的阻碍两个物体间的相对运动或相对运动趋势的力。(2)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，运动的物体可能受到静摩擦力的作用。例如：在倾斜传送带上随传送带匀速传送的物体受到的摩擦力是静摩擦力。(3)受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的，静止的物体可能受到滑动摩擦力的作用。例如：擦黑板时，静止的黑板受到的摩擦力是滑动摩擦力。2．摩擦力的方向(1)静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反。可利用假设法判断，即假设接触面光滑，物体相对与它接触的物体运动的方向，就是相对运动趋势方向。例如：静止在斜面上的物体受到的静摩擦力的方向沿斜面向上。(如图1)静摩擦力的方向与物体的运动方向可以成任意角度，如图2所示。(2)滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，与物体的运动方向无关。(3)无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以是动力，也可以是阻力，如果物体受到的摩擦力的方向与该物体运动的方向相同，则摩擦力为动力，如果物体受到的摩擦力的方向与该物体运动的方向相反，则摩擦力为阻力。3．摩擦力有无的判断方法(1)条件法：根据摩擦力产生的条件判断。(2)假设法：假设接触面光滑，若物体原来的运动状态改变，说明存在摩擦力；否则不存在摩擦力。(3)状态法：由物体所处的状态分析，若物体静止或做匀速直线运动，根据二力平衡的知识可判断是否存在摩擦力。(4)力的相互作用法：当一物体所受摩擦力方向不易判断时，可先确定与之相互作用的另一物体所受摩擦力情况，然后根据牛顿第三定律(第3节学习)作出判断。典例剖析典题1(2023·广东深圳高一月考)在楷书笔画中，长横的写法要领如下：起笔时一顿，然后向右行笔，收笔时略向右按。如图，某同学在水平桌面上平铺一张白纸用毛笔练习长横写法，为防止打滑，他在白纸的左边缘处放置一块镇纸，如图。下列说法正确的是(A)A．镇纸与白纸之间没有摩擦力B．镇纸对白纸有摩擦力，方向向左C．桌面对白纸有摩擦力，方向向右D．桌面与白纸之间可能没有摩擦力解析：由题意可知，白纸与镇纸一直处于静止状态，因此镇纸与白纸之间没有相对运动或相对运动趋势，所以镇纸与白纸之间没有摩擦力，A正确，B错误；毛笔在向右书写中，毛笔对白纸有向右的摩擦力，由平衡条件可知，桌面对白纸有摩擦力，方向向左，C、D错误。对点训练❶(2023·上海普陀高一期末)如图所示，在水平地面上叠放着A、B、C三个完全相同的物块，今用水平力F作用于B时，A、B、C均处于静止状态，则下列判断错误的是(B)A．地面对C的摩擦力等于FB．A对B的摩擦力方向向左C．B对A的摩擦力等于零D．B对C的摩擦力等于F，方向向右解析：以A、B、C三个物体组成的整体为研究对象，根据平衡条件得到，地面对C的摩擦力大小等于F，方向水平向左，A正确；以A为研究对象，根据平衡条件得知，假设B对A有摩擦力，在水平方向找不到另一个力与之平衡，所以假设不成立，则B对A的摩擦力等于零，A对B也无摩擦，B错误，C正确；以A、B组成的整体为研究对象，根据平衡条件得知，C对B的摩擦力大小等于F，方向水平向左，由牛顿第三定律可知，B对C的摩擦力等于F，方向向右，D正确。探究摩擦力大小的计算要点提炼1．滑动摩擦力的大小计算公式Ff＝μFN，公式中FN为接触面受到的正压力，与物体的重力G是两种性质的力，大小和方向不一定与重力相同，Ff与物体的运动状态、运动速度的大小、接触面积的大小均无关。2．静摩擦力的大小(1)静摩擦力大小通常利用平衡条件或牛顿第二定律(第四章学习)求得。(2)最大静摩擦力Fmax的大小随物体对接触面的压力的增大而增大，其值略大于滑动摩擦力，高中阶段为了计算方便，往往认为最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力。典例剖析典题2(多选)(2023·云南红河高一阶段练习)如图所示，一质量为m的木块在水平拉力作用下在长木板上向右滑行，质量为M的长木板处于静止状态，已知木块与木板间的动摩擦因数为μ2，木板与地面间的动摩擦因数为μ1，m受到的摩擦力为Ff2，木板受到地面的摩擦力Ff1，则(AD)A．Ff2大小为μ2mg，方向向左B．Ff2大小为μ2Mg，方向向左C．Ff1大小为μ1(m＋M)g，方向向左D．Ff1大小为μ2mg，方向向左解析：由于质量为m的木块对质量为M的木块正压力等于自身重力，则所受质量为M的木板滑动摩擦力大小Ff2＝μ2FN＝μ2mg如图所示方向水平向左，故A正确，B错误；质量为M的木板处于静止状态，水平方向受到质量为m的木块滑动摩擦力和地面的静摩擦力，且由于两摩擦力是一对平衡力，根据平衡条件木板受到地面的摩擦力的大小是Ff1＝Ff2＝μ2mg，方向向左，故D正确，C错误。思维升华：求解摩擦力大小的方法(1)明确所求摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力。(2)静摩擦力一般根据二力平衡来求。求解时应注意物体是否处于静止或匀速直线运动状态，若物体处于减速或加速运动状态，则二力平衡不成立。(3)滑动摩擦力一般根据公式法计算，计算时注意滑动摩擦力的大小与物体的速度大小、运动方向、接触面积、物体是否匀速运动无关，只取决于动摩擦因数和正压力的大小。对点训练❷(2023·福建龙岩高一期中)如图，一张质量为30kg的办公桌放在水平地板上，因维修需要移动其位置，经测量至少要用100N的水平拉力，才能将它拉动。移动以后，只要用90N的水平推力就能使它继续匀速运动。(g取10m/s2)(1)办公桌与地板之间的最大静摩擦力有多大？(2)办公桌与地板之间的滑动摩擦力有多大？办公桌与地板之间的动摩擦因数为多少？(3)当用120N的水平推力推办公桌，办公桌受到的摩擦力有多大？答案：(1)100N(2)90N0.3(3)90N解析：(1)由于至少要用100N的水平拉力，才能将它拉动，则最大静摩擦力Fmax＝100N。(2)由于移动以后，只要用90N的水平推力就能使它继续匀速运动，则滑动摩擦力Ff＝90N又由于Ff＝μFN＝μmg解得μ＝0.3。(3)当用120N的水平推力推办公桌时，办公桌将加速移动，此时摩擦力为滑动摩擦力，由于接触面间的弹力与(2)中相同，则摩擦力仍然为90N。探究摩擦力的突变问题要点提炼1．静摩擦力大小或方向可发生突变。2．静摩擦力突然变为滑动摩擦力。3．滑动摩擦力突然变为静摩擦力。可概括为“静—静”突变，“静—动”突变，“动—静”突变，其中相对滑动与相对静止的临界条件为静摩擦力恰好达到最大值。典例剖析典题3(多选)如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上、质量为10kg的木箱，木箱与水平地面间的摩擦力Ff与F的关系如图乙所示，g取10m/s2，可知(BC)A．木箱所受的最大静摩擦力为Fm＝20NB．木箱所受的最大静摩擦力为Fm＝21NC．木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝0.20D．木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝0.21解析：由图乙可知，木箱受到的最大静摩擦力为Fm＝21N，A项错误，B项正确；当木箱运动后受到的是滑动摩擦力，大小为Ff＝20N，由Ff＝μmg，解得μ＝0.20，C项正确，D项错误。对点训练❸(2023·浙江嘉兴高一期中)如图所示，质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F＝1N的作用，g取10m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图像是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(A)ABCD解析：物体从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右做匀减速运动，受到的滑动摩擦力大小为Ff1＝μmg＝0.2×1×10N＝2N方向向左，为负值。当物体的速度减到零时，物体所受的最大静摩擦力为Fm＝μmg＝2N则F<Fm，所以物体不能被拉动而处于静止状态，受到静摩擦力作用，其大小为Ff2＝F＝1N方向向右，为正值。故选A。一、摩擦力的理解及方向的判断1．(2023·陕西宝鸡高一统考期中)下列有关摩擦力的说法中正确的是(A)A．计算摩擦力大小时一般首先要判断是静摩擦力还是滑动摩擦力B．静摩擦力存在静止的物体之间，滑动摩擦力存在滑动的物体之间C．滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反D．摩擦力总是阻力解析：计算摩擦力的大小，首先要判断摩擦力是属于静摩擦力还是滑动摩擦力，然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小，选项A正确；受静摩擦力的两物体是相对静止的，但两物体可以运动，受滑动摩擦力两物体间是相对运动的，但某一物体可以是静止的，选项B错误；滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，与物体的运动方向可能相同，也可能相反，选项C错误；摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反，跟运动方向可能相同，也可能相反。当摩擦力方向与运动方向相同时，该力为动力，当摩擦力方向与运动方向相反时，该力为阻力，选项D错误。2．(2023·安徽淮北高一期末)如图所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数也相同，三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示，则下列说法正确的是(B)A．A物体受到的摩擦力方向向右B．三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零C．B受到的摩擦力沿传送带向下D．B、C受到的摩擦力方向相反解析：根据题意可知，物体A在水平方向上做匀速直线运动，水平方向不受摩擦力，故A错误；根据题意可知，物体B、C均有相对传送带向下滑的趋势，由平衡条件可得，物体B、C均受到沿斜面向上的静摩擦力，故C、D错误；由上述分析可知，三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零，故B正确。二、摩擦力大小的计算3．(2023·北京怀柔高一统考期末)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0.25，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，系统置于水面上静止不动。现用F＝2N的水平向右的拉力作用在B上，作用后它们仍静止不动，则作用后(C)A．木块A所受摩擦力大小是7NB．木块A所受摩擦力方向向左C．木块B所受摩擦力大小是10ND．木块B所受摩擦力大小是5N解析：根据胡克定律，可得A、B间弹簧弹力大小为F1＝kx＝400×2×10－2N＝8N木块B与地面间的最大静摩擦力为FmB＝μGB＝0.25×60N＝15N用F＝2N的水平拉力作用在木块B上，木块B受弹簧向右的弹力为8N，向右的拉力为2N，共10N，小于最大静摩擦力，故B仍静止不动，B所受的静摩擦力大小为10N，向左，故C正确，D错误；因B仍静止，可知弹簧弹力不变，因木块A与地面间的最大静摩擦力为FmA＝μGA＝0.25×50N＝12.5N，木块A受到向左的弹力为8N，小于最大静摩擦力，因A处于静止状态，故木块A所受摩擦力为静摩擦力，根据二力平衡，可得木块A所受摩擦力大小为FfA＝8N，方向水平向右，故A、B错误。一、选择题1．(2023·广东广州高一期末)如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是(C)A．N处受到的摩擦力竖直向下B．M处受到的摩擦力沿原木方向C．N处受到的支持力垂直MN向上D．M处受到的支持力垂直MN向上解析：静摩擦力方向与接触面相切，在N点原木P相对木堆有下滑趋势，故N处受到的静摩擦力沿MN方向，A错误；静摩擦力方向与接触面相切，故原木在M处受到的静摩擦力沿地面方向，B错误；支持力总是垂直于接触面指向被支持的物体，在N处原木受到的支持力垂直于MN向上，C正确；在M处原木受到的支持力垂直于水平地面，竖直向上，D错误。2．(2023·陕西延安高一校考期末)传送带是生活及生产中的常见设备，它能帮助人们自动运送物品。如图所示，粮食包随倾斜的传送带向上移动，移动中粮食包与传送带上某点的相对位置保持不变，关于粮食包或传送带所受摩擦力的说法，其中正确的是(B)A．传送带对粮食包的摩擦力是滑动摩擦力B．粮食包对传送带的摩擦力方向沿传送带向下C．若传送带匀速移动，粮食包不受传送带的摩擦力作用D．粮食包所受传送带的摩擦力的方向可能与传送带垂直解析：粮食包相对传动带静止，随倾斜的传送带向上移动，传送带对粮食包的摩擦力是静摩擦力，方向沿传送带向上，故粮食包对传送带的摩擦力方向沿传送带向下，A错误，B正确；若传送带匀速移动，粮食包仍受传送带的静摩擦力作用，C错误；粮食包所受传送带的摩擦力方向不可能与传送带垂直，D错误。3．(2023·陕西汉中高一校联考期末)用水平力F将木块压在竖直墙上，如图所示，已知木块重G＝6N，木块与墙壁之间的动摩擦因数μ＝0.25。以下说法正确的是(B)A．当F＝20N时，木块没有动，木块受到的摩擦力为6NB．当F＝12N时，木块沿墙面下滑，木块受到的摩擦力为3NC．当F变大时，木块受到的摩擦力也会一直变大D．当F减小时，木块一定立即向下运动解析：当F＝20N时，木块受到的最大静摩擦力为Fm＝μF＝0.25×20N＝5N，因为5N＜G＝6N，所以木块沿斜面下滑，木块受到的摩擦力为5N，A错误；当F＝12N时，木块受到的最大静摩擦力为Fm＝μF＝0.25×12N＝3N，因为3N＜G＝6N，所以木块沿墙面下滑，木块受到的摩擦力为3N，B正确；当F变大时，若木块处于静止状态，则受到的摩擦力一直等于重力，大小保持不变，C错误；当F减小时，若仍满足μF≥G，则木块仍保持静止状态，D错误。4．(2023·上海浦东高一期末)为研究木板与物块之间的摩擦力，某同学在粗糙的长木板上放置一物块，物块通过细线连接固定在实验台上的力传感器，如图力(a)。水平向左拉木板，传感器记录的F－t图像如图(b)。下列说法中不正确的是(C)A．物块受到的摩擦力方向始终水平向左B．1.0～1.3s时间内，物块与木板之间的摩擦力是静摩擦力C．根据图(b)中数据可以得到木板与物块之间的动摩擦因数D．2.4～3.0s时间内，木板可能做变速直线运动解析：木板始终向左运动或者有向左运动的趋势，可得物块对木板的摩擦力始终向右，所以物块受到木板对其的摩擦力方向始终水平向左，A正确，不符合题意；根据图像可得在1.0～1.3s时间内物块受到摩擦力在变化，所以可得此时为静摩擦力，B正确，不符合题意；根据图(b)中数据可以读出滑动摩擦力大小，但由于物块质量未知，则无法求出木板与物块之间的动摩擦因数，C错误，符合题意；2.4～3.0s时间内传感器示数不再变化说明此时摩擦力已经变为滑动摩擦力，此时木板只要运动就行，可能做变速直线运动，D正确，不符合题意。5．(多选)(2023·山东临沂高一校考期末)如图所示，两木