2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第三章 相互作用 2 摩擦力學(xué)案 新人教版必修1

2　摩擦力 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道滑動(dòng)摩擦力的概念及產(chǎn)生條件，會(huì)判斷滑動(dòng)摩擦力的方向．(重點(diǎn))　2.知道滑動(dòng)摩擦力的大小跟什么有關(guān)，會(huì)求滑動(dòng)摩擦力．(重點(diǎn))　3.知道靜摩擦力的概念及產(chǎn)生條件，會(huì)判斷靜摩擦力的方向．(重點(diǎn)、難點(diǎn))　4.知道最大靜摩擦力的概念，知道靜摩擦力的大小范圍．(難點(diǎn)) 一、滑動(dòng)摩擦力 1．定義：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)的時(shí)候，會(huì)受到另一個(gè)物體阻礙它滑動(dòng)的力． 2．方向：沿著接觸面，并且跟物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反． 3．大?。篎f＝μFN(μ為動(dòng)摩擦因數(shù))． 二、靜摩擦力 1．定義：兩個(gè)只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間產(chǎn)生的摩擦力． 2．方向：沿著接觸面，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反． 3．大?。悍秶?<F<Fmax，F(xiàn)max為最大靜摩擦力． 1．正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)只要兩個(gè)物體之間有彈力產(chǎn)生，又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)物體之間就一定存在滑動(dòng)摩擦力． (×) (2)滑動(dòng)摩擦力一定存在于兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體之間． (×) (3)靜止的物體受到的摩擦力可能是滑動(dòng)摩擦力． (√) (4)靜摩擦力總是發(fā)生在相對(duì)靜止且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體之間． (√) (5)運(yùn)動(dòng)的物體不可能受靜摩擦力的作用． (×) 2．關(guān)于滑動(dòng)摩擦力，以下說(shuō)法中正確的是(　　) A．滑動(dòng)摩擦力總是和物體的運(yùn)動(dòng)方向相反 B．滑動(dòng)摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) C．只有運(yùn)動(dòng)的物體才受到滑動(dòng)摩擦力 D．滑動(dòng)摩擦力總跟物體的重力成正比 B　[滑動(dòng)摩擦力總跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但并不一定跟物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間，靜止的物體也可以受滑動(dòng)摩擦力，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；滑動(dòng)摩擦力的大小一定跟接觸面間的壓力成正比，但壓力不一定等于重力，所以，不能說(shuō)滑動(dòng)摩擦力跟物體的重力成正比，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 3．下列關(guān)于物體受靜摩擦力作用的敘述，正確的是(　　) A．靜摩擦力的方向一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反 B．靜摩擦力的方向不可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同 C．靜摩擦力的方向既可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，也可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同 D．靜止物體所受摩擦力一定為零 C　[靜摩擦力的方向總與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，與物體的運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有必然的聯(lián)系，靜止的物體也可能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)．] 滑動(dòng)摩擦力 1．“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的意義 滑動(dòng)摩擦力存在于發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體之間，“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”可能是因?yàn)閮蓚€(gè)物體一個(gè)靜止，另一個(gè)在運(yùn)動(dòng)；可能是因?yàn)閮蓚€(gè)物體一個(gè)運(yùn)動(dòng)得快，另一個(gè)運(yùn)動(dòng)得慢；還可能是因?yàn)閮蓚€(gè)物體運(yùn)動(dòng)方向相反．所以發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體不一定處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可能是因?yàn)榱硪粋€(gè)物體在運(yùn)動(dòng)造成的． 2．滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)兩物體相互接觸擠壓． (2)物體間的接觸面不光滑． (3)兩物體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)． 3．滑動(dòng)摩擦力的方向 (1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反． (2)與物體的運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反． 4．滑動(dòng)摩擦力的大小 (1)公式法：根據(jù)公式Ff＝μFN計(jì)算． ①正壓力FN是物體與接觸面間的壓力，不一定等于物體的重力，F(xiàn)N的大小根據(jù)物體的受力情況確定． ②動(dòng)摩擦因數(shù)μ與材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)，而與物體間的壓力、接觸面的大小無(wú)關(guān)． (2)二力平衡法：物體處于平衡狀態(tài)(勻速運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí)，根據(jù)二力平衡條件求解． 【例1】　如圖所示，質(zhì)量為20 kg的物體放在水平地面上，已知物體與水平地面間的最大靜摩擦力為120 N，動(dòng)摩擦因數(shù)是0.5，物體的一端與一根勁度系數(shù)為4×103 N/m的輕質(zhì)彈簧相連(設(shè)彈簧的形變均在彈性限度內(nèi)，取g＝10 m/s2)，問(wèn)： (1)將彈簧拉長(zhǎng)2 cm時(shí)，物體受到地面的摩擦力Ff1多大？ (2)將彈簧拉長(zhǎng)4 cm時(shí)，物體受到地面的摩擦力Ff2多大？ (3)物體在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧形變量Δx多大？ 思路點(diǎn)撥：①根據(jù)拉力F和最大靜摩擦力的大小關(guān)系判斷物體受靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力．②靜摩擦力可用二力平衡關(guān)系求解，滑動(dòng)摩擦力可用公式Ff＝μFN求解． [解析]　(1)根據(jù)胡克定律F＝kx，當(dāng)x＝2 cm＝0.02 m時(shí)， F1＝4×103×0.02 N＝80 N 由于拉力F1小于最大靜摩擦力，物體具有向右的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)物體受到地面的靜摩擦力大小為Ff1＝80 N. (2)當(dāng)x＝4 cm＝0.04 m時(shí)， F2＝4×103×0.04 N＝160 N，大于最大靜摩擦力，物體已經(jīng)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為Ff2＝μFN＝μmg＝0.5×20×10 N＝100 N. (3)當(dāng)物體在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體受滑動(dòng)摩擦力，摩擦力和拉力為一對(duì)平衡力，即彈簧拉力F＝μmg＝100 N，由F＝kΔx 解得Δx＝ m＝0.025 m. [答案]　(1)80 N　(2)100 N　(3)0.025 m 求解滑動(dòng)摩擦力大小的思路 (1)判斷滑動(dòng)摩擦力的有無(wú)：根據(jù)接觸面的性質(zhì)和物體間是否產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，確定物體之間是否存在滑動(dòng)摩擦力． (2)求解方法的選?。? ①如果物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可根據(jù)二力平衡法和公式法求解滑動(dòng)摩擦力大?。? ②如果物體做非勻速直線運(yùn)動(dòng)，可根據(jù)公式Ff＝μFN求解滑動(dòng)摩擦力的大小． 1．一物體置于粗糙水平地面上，按如圖所示不同的放法，在水平力F的作用下運(yùn)動(dòng)，設(shè)地面與物體各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相等，則木塊受到的摩擦力的大小關(guān)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 D　[物體在三種情況下所受摩擦力均為滑動(dòng)摩擦力，由Ff＝μFN＝μmg知，物體在三種情況下所受摩擦力大小相等，選項(xiàng)D正確．] 靜摩擦力 1．靜摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)接觸面是粗糙的． (2)兩物體相對(duì)靜止但存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)． (3)兩物體在接觸面上有正壓力(彈力)． 2．四種方法判斷靜摩擦力的有無(wú) (1)條件判斷法：接觸面之間有壓力、粗糙且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)． (2)假設(shè)法：假設(shè)兩物體間無(wú)靜摩擦力，看物體是否相對(duì)滑動(dòng)，判斷思路如下： (3)力的作用效果判斷法：如果相互接觸的物體間存在摩擦力，則必有相應(yīng)的作用效果：平衡其他作用力或改變受力物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可據(jù)此確定有無(wú)靜摩擦力． (4)相互作用判斷法：利用力的相互作用性，若甲對(duì)乙有靜摩擦力，則乙對(duì)甲也有靜摩擦力，據(jù)此可以判斷物體是否受靜摩擦力． 3．靜摩擦力的方向 (1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反． (2)與物體運(yùn)動(dòng)的方向可能相同，也可能相反． 4．靜摩擦力的大小 (1)探究：如圖所示 (2)結(jié)論：靜摩擦力會(huì)隨著外力的改變而改變，由二力平衡可知，靜摩擦力大小總等于使物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力． 靜摩擦力有一個(gè)最大的限度，即最大靜摩擦力Fmax，靜摩擦力的大小范圍是0＜F≤Fmax. 【例2】　如圖所示，物體A、B疊放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．A、B之間無(wú)摩擦力 B．A受到B的摩擦力水平向左 C．B受到A的摩擦力水平向左 D．地面對(duì)B的摩擦力為靜摩擦力，水平向右 思路點(diǎn)撥： C　[對(duì)A物體，由于A勻速運(yùn)動(dòng)，由水平方向二力平衡可知，B對(duì)A的摩擦力必與F等值反向，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；對(duì)B物體，由力的作用的相互性可知，A對(duì)B的摩擦力一定與B對(duì)A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，選項(xiàng)C正確；對(duì)A、B整體分析，由于A、B一起向左勻速運(yùn)動(dòng)，則地面對(duì)B的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，且水平向右，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 上例中，若將二者一起向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)改為二者一直靜止不動(dòng)，其他條件不變，分析A、B受到摩擦力的大小和方向． [提示]　A受到B向右的靜摩擦力；B受到A向左的靜摩擦力和地面向右的靜摩擦力． 靜摩擦力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系辨析 (1)受靜摩擦力作用的物體不一定是靜止的，關(guān)鍵決定于相對(duì)另一物體是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)． (2)靜摩擦力阻礙的是物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，即靜摩擦力不一定是阻力．方向與物體運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反，還可能成一定夾角． (3)皮帶不打滑說(shuō)明皮帶與輪接觸處，皮帶相對(duì)于輪靜止，靜摩擦力對(duì)主動(dòng)輪是阻力，對(duì)從動(dòng)輪是動(dòng)力． 2．(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的木塊在水平推力F的作用下靜止在豎直墻壁上，若推力F的大小增加到2F，則(　　) A．木塊所受墻面的彈力增加到原來(lái)的2倍 B．木塊所受墻面的摩擦力增加到原來(lái)的2倍 C．木塊所受墻面的摩擦力方向向下 D．木塊所受墻面的摩擦力不變 AD　[由于木塊是靜止的，所以木塊與墻面之間的摩擦力為靜摩擦力，木塊在水平方向上受到推力F和墻對(duì)它的彈力FN，它們是一對(duì)平衡力，即FN＝F，則當(dāng)F增加到2F時(shí)，F(xiàn)N也增加到2F，A正確；在豎直方向上，木塊的重力與墻面對(duì)木塊的靜摩擦力是一對(duì)平衡力，即木塊受到墻面的靜摩擦力大小恒等于木塊的重力大小，方向與重力的方向相反，即沿墻面向上，B、C錯(cuò)誤，D正確．] 課堂小結(jié) 知識(shí)脈絡(luò) 1.兩個(gè)相互接觸并互相擠壓的物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力叫作摩擦力． 2．摩擦力產(chǎn)生的條件：(1)接觸面粗糙；(2)兩個(gè)物體之間有彈力；(3)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)． 這三個(gè)條件缺一不可，必須同時(shí)滿足才能產(chǎn)生摩擦力． 3．滑動(dòng)摩擦力的大小Ff＝μFN. 4．靜摩擦力的大小范圍：0<F≤Fmax.靜摩擦力與正壓力無(wú)關(guān)，最大靜摩擦力Fmax∝FN. 1．下列關(guān)于靜摩擦力的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間一定有靜摩擦力 B．受靜摩擦力作用的物體不一定是靜止的 C．靜摩擦力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)總是起阻礙作用 D．靜摩擦力一定比滑動(dòng)摩擦力大 B　[兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間要滿足靜摩擦力產(chǎn)生的全部條件才有摩擦力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；受靜摩擦力作用的物體相對(duì)于靜摩擦力的施力物體靜止，但不一定是靜止的，選項(xiàng)B正確；無(wú)論靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，都可以與運(yùn)動(dòng)的方向相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；靜摩擦力大小在零和最大靜摩擦力之間，只有最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 2．如圖所示，靜止在水平桌面上的木塊在水平方向受到推力F1、F2和摩擦力Ff的作用．已知F1＝10 N，F(xiàn)2＝2 N，則木塊受到的摩擦力大小為(　　) A．2 N　　　　　 B．10 N C．8 N D．12 N C　[Ff方向水平向左，由平衡條件可得：F1－F2－Ff＝0，可解得Ff＝F1－F2＝8 N，故C選項(xiàng)正確．] 3．如圖所示，一平板小車在外力作用下由靜止向右滑行一段距離x，同時(shí)車上的物體A相對(duì)車向左滑行L，此過(guò)程中物體A受到的摩擦力方向如何，該摩擦力是動(dòng)力還是阻力(　　) A．水平向左，阻力　 B．水平向左，動(dòng)力 C．水平向右，阻力 D．水平向右，動(dòng)力 D　[由于物體相對(duì)小車向左滑動(dòng)，那么受到小車向右的滑動(dòng)摩擦力的作用，但相對(duì)地面是向右運(yùn)動(dòng)的，即滑動(dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同，所以是動(dòng)力，故D對(duì)．] 4．(多選)如圖所示，在水平地面上疊放著A、B、C三個(gè)完全相同的物塊，當(dāng)用水平力F作用于B時(shí)，A、B、C均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列判斷正確的是(　　) A．B對(duì)A的摩擦力大小等于F B．A對(duì)B的摩擦力大小等于 C．B對(duì)C的摩擦力大小等于F D．地面對(duì)C的摩擦力大小等于F CD　[以A為研究對(duì)象，根據(jù)平衡條件得知，B對(duì)A沒(méi)有摩擦力，由力的作用是相互的可知，A對(duì)B的摩擦力也為零，故A、B錯(cuò)誤；以A、B組成的整體為研究對(duì)象，根據(jù)平衡條件得知，C對(duì)B的摩擦力大小等于F，方向水平向左，則B對(duì)C的摩擦力大小等于F，方向水平向右，故C正確；以A、B、C三個(gè)物塊組成的整體為研究對(duì)象，根據(jù)平衡條件得，地面對(duì)C的摩擦力大小等于F，方向水平向左，故D正確．] 5．如圖所示，物體A重40 N，物體B重20 N，A與B、A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，物體B用細(xì)繩系在豎直墻面上，當(dāng)水平力F＝32 N時(shí)，才能將A勻速拉出，求： (1)接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)； (2)物體A所受物體B的摩擦力的大小和方向； (3)物體A所受地面的摩擦力的大小和方向． [解析]　以A物體為研究對(duì)象，則物體B對(duì)其壓力FN2＝GB，地面對(duì)A的支持力FN1＝GA＋GB，所以A受B的滑動(dòng)摩擦力Ff2＝μFN2＝μGB，A受地面的摩擦力Ff1＝μFN1＝μ(GA＋GB)，由題意得F＝Ff1＋Ff2，將F＝32 N，GA＝40 N，GB＝20 N，代入解得μ＝0.4，F(xiàn)f2＝μGB＝8 N，方向水平向左；Ff1＝μ(GA＋GB)＝24 N，方向水平向左． [答案]　(1)0.4　(2)8 N　水平向左　(3)24 N　水平向左 - 9 -