教科版高中物理必修第一册第3章相互作用第3节摩擦力课件

第3节摩擦力第三章内容索引010203自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结04随堂练习课标定位1.知道滑动摩擦力的产生条件。2.能运用滑动摩擦力公式来计算滑动摩擦力,会判断滑动摩擦力的方向。3.认识静摩擦的规律,知道静摩擦力的变化范围及其最大值,知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。4.会根据物体的平衡条件简单地计算摩擦力的大小。素养阐释1.通过对摩擦力概念的理解,形成物理观念。2.通过对具体情境中摩擦力的分析,形成科学思维。3.根据摩擦力的探究方案获得数据,分析获得两类摩擦力的性质,掌握科学探究方法。自主预习·新知导学一、认识滑动摩擦力1.定义:两个物体相互接触并挤压,当它们沿接触面发生相对滑动时,每个物体的接触面上都会受到对方施加的阻碍相对运动的力,这种力叫作滑动摩擦力。2.方向:总是沿着接触面,并且跟物体的相对运动方向相反。二、研究滑动摩擦力的大小1.结论:滑动摩擦力f的大小跟压力N成正比,也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比,即f=μN。其中比例系数μ叫作动摩擦因数,它的大小与两个接触面的材料、粗糙程度等情况有关。2.很多雪橇采用钢制滑板,说一下用钢制滑板的原因。提示:(1)钢制滑板耐磨;(2)钢与冰的动摩擦因数小。三、认识静摩擦力1.概念:存在于两个相对静止的物体间的摩擦力。2.作用:阻碍相对运动的发生。3.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。四、静摩擦力的大小及最大静摩擦力1.最大静摩擦力:静摩擦力的最大值,用f静max表示,其大小等于物体将要发生相对运动时的摩擦力。2.静摩擦力的大小:物体之间实际发生的静摩擦力f静在0与最大静摩擦力f静max之间,即0<f静≤f静max。3.最大静摩擦力的特点:最大静摩擦力与物体之间的正压力N成正比,与接触面的材料及粗糙程度有关。实际情况中,最大静摩擦力比滑动摩擦力略大。4.大力士能够拉动汽车,则:(1)大力士要把空载汽车和满载的同辆汽车拉动,哪种情况更容易?(2)同一辆汽车将要拉动时的拉力与运动起来时的拉力哪个大?(3)大力士将空载汽车和满载的同辆汽车拉动后,哪种情况更省力?提示:(1)把空载汽车拉动更容易,因前者最大静摩擦力较小。(2)前者拉力较大。(3)空载时更省力。因为滑动摩擦力大小与正压力成正比。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。(

)(2)摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间。(

)(3)静摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反。(

)(4)静摩擦力的大小随外力的增大而增大。(

)(5)最大静摩擦力大小略大于滑动摩擦力大小。(

)(6)滑动摩擦力方向可能与物体运动的方向相同。(

)(7)摩擦力的大小与正压力成正比。(

)(8)只有静止的物体才能受到静摩擦力的作用。(

)×√××√√××2.分析以下问题:(1)用力将黑板擦(毛较长)在黑板上滑动,观察毛刷的弯曲方向。如图所示,毛刷为什么向后弯曲?

(2)把手按在桌面上,用力向前滑动,手有什么感觉?增大手与桌面的压力,感觉有什么不同?说明什么?提示:(1)毛刷向后弯曲,因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿板面与板擦运动方向相反。(2)手受到向后的阻力(滑动摩擦力),滑动摩擦力大小随着压力的增大而增大,并与正压力成正比,f=μN。3.按如图所示实验装置做一做。

(1)木块受到的摩擦力和弹簧测力计示数有什么关系?(2)在木块上添加重物,增大木块对木板的压力时,摩擦力如何变化?(3)在木板上铺一块(较粗糙的)毛巾,摩擦力如何变化?提示:(1)大小相等,方向相反;(2)变大;(3)变大。合作探究·释疑解惑知识点一滑动摩擦力【问题引领】

如图所示,物体A、B接触面粗糙,用水平向左的拉力F把物体B拉出。

(1)把物体B拉出的过程中,物体A受的是静摩擦力还是滑动摩擦力?(2)物体A所受的滑动摩擦力可以通过弹簧测力计测出来吗?(3)物体B受几个摩擦力?提示:(1)A相对于B发生了运动,所以A受B的摩擦力为滑动摩擦力。(2)可以。因为物体A在水平方向受两个力,弹簧测力计的拉力和B对A的摩擦力,而A保持静止,所以这两个力平衡;即弹簧测力计拉力的大小等于滑动摩擦力的大小。(3)物体B的下表面与接触面都是粗糙的,B的上下表面都要受到摩擦力,即受2个摩擦力作用且都是滑动摩擦,摩擦力的方向都向右,阻碍B的运动。【归纳提升】

1.滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触且有挤压。(2)物体间的接触面粗糙。(3)两物体间发生相对运动。2.滑动摩擦力的大小的计算方法(1)公式法:根据公式f=μN计算。(2)二力平衡法:根据二力平衡条件求解。3.N的理解N是指两个物体表面间的压力,称为正压力(垂直于接触面的力),是弹力,它不一定等于物体的重力,许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定。4.μ的理解μ是动摩擦因数,没有单位。它的大小与相互接触的两个物体的材料、接触面的粗糙程度有关,与物体的受力情况、运动状态、接触面积的大小均无关。5.滑动摩擦力的方向总是沿着接触面的切线方向,且与相对运动的方向相反。注意:滑动摩擦力的方向与“相对运动”方向相反,但与运动方向可以相同,可以相反,滑动摩擦力可以是动力,也可以是阻力。【典型例题】

【例题1】

自由长度为17cm的轻质弹簧,劲度系数k=2000N/m,用其对水平面上重200N的物体施加水平弹力。当弹簧长度为21cm时,物体恰能在水平面上做匀速直线运动。所有操作均在弹簧弹性限度内,求:(1)物体与水平面间的动摩擦因数。(2)当物体在水平方向保持静止,且弹簧长度为15cm时,物体受到的摩擦力多大?(3)如果在物体水平向右直线运动时,突然使弹簧长度维持为16cm,在继续向右滑行阶段,物体受到的摩擦力的大小和方向如何?答案:(1)0.4

(2)40N

(3)80N,方向水平向左解析:(1)将弹簧的长度单位由cm换算为m,17

cm=0.17

m,21

cm=0.21

m匀速运动时,滑动摩擦力大小等于此时的弹簧弹力,有f1=F1根据胡克定律可知F1=kx1其中x1=0.21

m-0.17

m=0.04

m根据滑动摩擦力公式可知f1=μmg联立解得μ=0.4。(2)15

cm=0.15

m此时物体受到静摩擦力作用,有f2=F2根据胡克定律可知F2=kx2其中x2=0.17

m-0.15

m=0.02

m联立解得静摩擦力为f2=40

N。(3)物体向右滑行,受到滑动摩擦力作用,有f3=μmg=80

N,方向水平向左。【变式训练1】

(原创)某同学在学习了滑动摩擦力后,设计了一个测量两张纸之间的动摩擦因数的实验:如图所示,在木块A与木板B上贴上待测的纸,B木板水平固定,沙桶通过细线与木块A相连,调节沙桶中沙的重量,使木块A匀速向左运动,测出沙桶和沙的总质量m,以及木块A和上面贴纸的质量m'。(1)用以上方法测两纸间的动摩擦因数μ,μ的表达式是

。

(2)该同学为什么要把纸贴在木块A和木板B上,而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力?(3)在实际操作中,发现要保证木块A做匀速运动较困难,请你对这个实验作一改进来克服这一困难。①你设计的改进方案是什么?②根据你的方案,得出的动摩擦因数的表达式是

;

③根据你的方案要添加的器材有

。

解析:(1)木块A受到沙桶拉力F=mg与滑动摩擦力f作用,A做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件得f=F=mg因为f=μN=μm'g,所以动摩擦因数(2)因为一张纸的重力太小,两张纸间的滑动摩擦力太小,不便于进行实验,把纸带贴在木块与木板上,增大了纸间的压力,增大了摩擦力,易于进行实验,便于测出摩擦力。(3)实验中需要再添加一个弹簧测力计,如图所示,用弹簧测力计把木块A固定在竖直墙壁上,用沙桶拉动木板B运动,读出弹簧测力计的示数F,A、B间的滑动摩擦力f=F,f=μN=μm'g,则动摩擦因数知识点二静摩擦力【问题引领】

在矿山、码头、工厂中多用传送带将货物由低处传送到高处。如图所示,传送带匀速转动,货物和传送带相对静止。(1)传送带靠什么力把货物送到高处的?此力方向如何?(2)只有静止的物体才受静摩擦力吗?静摩擦力总是阻碍物体的运动吗?提示:(1)静摩擦力。静摩擦力的方向沿斜面向上(与物体运动方向相同)。(2)不是。静摩擦力发生在两个相对静止的物体之间,物体本身可以运动。静摩擦力阻碍的是相对运动,并不总是阻碍物体的运动。静摩擦力也可以是动力。【归纳提升】

1.静摩擦力产生的条件(1)两物体的接触面是粗糙的。(2)两物体存在相对运动趋势。(3)两物体在接触面上有压力(弹力)。2.静摩擦力的方向(1)沿着接触面,并且跟物体间相对运动趋势的方向相反。(2)跟物体运动的方向可能相同,也可能相反。3.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。【典型例题】

【例题2】

木块A、B分别重50N和30N,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2;与A、B相连接的轻弹簧被压缩了5cm,系统置于水平地面上静止不动。已知弹簧的劲度系数为100N/m,用F=1N的恒力作用在木块A上,如图所示,力F作用后(

)A.木块A所受摩擦力大小是4N,方向水平向右B.木块A所受摩擦力大小是1N,方向水平向左C.木块B所受摩擦力大小是9N,方向水平向左D.木块B所受摩擦力大小是5N,方向水平向右答案:A解析:A、B与地面间的最大静摩擦力分别为f静maxA=μGA=0.2×50

N=10

N,f静maxB=μGB=0.2×30

N=6

N根据胡克定律得,弹簧的弹力大小为F弹=kx=100×0.05

N=5

N当F=1

N时,F弹-F=4

N<f静maxA,F弹<f静maxB,所以两物体都保持静止状态。则由平衡条件得:A所受摩擦力为fA=F弹-F=4

N,方向水平向右;B所受的摩擦力为fB=F弹=5

N,方向水平向左。由上分析可知,A正确,B、C、D错误。静摩擦力有无及方向的判断方法(1)平衡条件法:当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向。(2)假设法:利用假设法进行判断时,可按以下思路进行分析:【变式训练2】(a)图中小明用50N的水平力推木箱,没推动,此时木箱受到的摩擦力为f1;(b)图中小明用80N的水平力恰好能推动木箱,此时木箱受的摩擦力为f2;(c)图中小明用100N的力把木箱推动了,此时木箱受到的摩擦力为f3。已知木箱对地面的压力为300N,木箱与地面间动摩擦因数为0.25,则f1、f2、f3的大小分别为(

)A.0N,80N,100N B.0N,80N,75NC.50N,80N,100N D.50N,80N,75N答案:D解析:题图(a)中用50

N的水平力推木箱,木箱不动,静摩擦力与推力平衡,故f1=50

N;题图(b)中,用80

N的水平力恰能推动木箱,故静摩擦力达到最大值,即f2=80

N;题图(c)中,小孩把木箱推动了,受滑动摩擦力,大小为f3=μN=0.25×300

N=75

N。综上所述,D正确,A、B、C错误。课堂小结随堂练习1.(摩擦力的产生条件)关于摩擦力的产生,下列说法正确的是(

)A.相互压紧的粗糙物体间一定有摩擦力B.有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力C.相互压紧并运动的物体间一定有摩擦力作用D.只有相互压紧和发生相对运动(或有相对运动趋势)的物体间才可能有摩擦力的作用答案:D解析:要产生摩擦力,首先要有弹力,其次要接触面不光滑,还要有相对运动或有相对运动趋势,故只有D正确。2.(静摩擦力的大小)(多选)智能机器制造是一个重要方向,其中智能机械臂已广泛应用于各领域。如图所示,一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,下列说法正确的是(

)A.若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力变大B.若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力不变C.机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下D.若铁夹水平缓慢移动且小球仍然相对铁夹静止,小球受到的摩擦力不变答案:BCD解析:对小球进行受力分析,如图所示,小球处于平衡状态,根据力的平衡条件有f=mg,增大铁夹对小球的压力,