2022-2023高中物理 第3章 力與相互作用 3.3 摩擦力學(xué)案 滬科版必修1

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1、2022-2023高中物理 第3章 力與相互作用 3.3 摩擦力學(xué)案 滬科版必修1 [目標(biāo)定位]　1.知道摩擦力的定義及分類.2.理解靜摩擦力和滑動摩擦力的產(chǎn)生條件.3.會判斷摩擦力的方向及計算摩擦力的大小.4.了解最大靜摩擦力的概念． 一、滑動摩擦力 [問題設(shè)計] 1.用力將黑板擦(毛較長)在黑板上滑動，觀察毛刷的彎曲方向．如圖1所示，毛刷為什么向后彎曲？ 圖1 答案　因為毛刷所受滑動摩擦力的方向沿板面，與板擦運動方向相反． 2．把手按在桌面上，用力向前滑動，手有什么感覺？增大手與桌面的壓力，感覺有什么不同？這說明什么？閱讀課本，寫出滑動摩擦力的公式． 答案　手受到向后的

2、阻力(滑動摩擦力)．感覺手受到向后的阻力(滑動摩擦力)增大．滑動摩擦力大小隨著壓力的增大而增大．f＝μN. [要點提煉] 1．定義：當(dāng)一個物體跟另一個物體有相對滑動時，在它們的接觸面上產(chǎn)生的摩擦力，叫做滑動摩擦力． 2．滑動摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)兩物體相互接觸且相互擠壓． (2)接觸面粗糙． (3)兩物體間有相對運動． 3．滑動摩擦力的方向 總是沿著接觸面，并且與相對運動的方向相反． 注意　(1)與“相對運動的方向相反”，并不是與“運動方向”相反． (2)滑動摩擦力的效果是阻礙物體間的相對運動，并不是阻礙物體的運動． 4．滑動摩擦力的大小 滑動摩擦力的大小跟壓力成正比

3、． 公式：f＝μN，μ為動摩擦因數(shù)，取決于相互接觸的兩物體的材料和接觸面的粗糙程度，與接觸面的面積無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)，跟物體間相對運動的速度大小無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)． [延伸思考] 如圖2所示，物體A疊放在置于光滑水平面的木板B上，兩物體都沿著水平方向向右運動，某時刻的速度分別為vA＝1 m/s，vB＝2 m/s.請分別分析A、B兩物體受到的滑動摩擦力的方向．滑動摩擦力一定阻礙物體的運動嗎？ 圖2 答案　以B為參考系，A相對B向左運動，A受到B向右的滑動摩擦力f1； 以A為參考系，B相對于A向右運動，所以B受到A向左的滑動摩擦力f2. B對A的摩擦力與A

4、的運動方向相同，是動力． A對B的摩擦力與B的運動方向相反，是阻力． 所以滑動摩擦力可以與物體運動方向相反，也可以與物體運動方向相同，可以是阻力，也可以是動力． 二、靜摩擦力 [問題設(shè)計] 1．把木塊放在水平桌面上，用彈簧測力計沿水平方向向右拉木塊，如圖3所示． 圖3 當(dāng)測力計的示數(shù)為1 N時，木塊沒有動；逐漸增大拉力到2 N 時，木塊仍靜止；繼續(xù)增大拉力到4 N時，木塊開始移動，此時拉力突然變小到3.8 N，此后木塊勻速運動，拉力保持3.8 N不變． (1)木塊受到的拉力為1 N時，有相對桌面運動的趨勢但沒有運動，說明什么呢？ (2)隨著外力的增大，靜摩擦力有什么變化？

5、 (3)靜摩擦力在哪里產(chǎn)生？沿什么方向？ 答案　(1)說明桌面對木塊施加一個與拉力方向相反的、大小也為1 N的力，這個力就是桌面對木塊的靜摩擦力． (2)靜摩擦力的大小隨著外力的增大而增大，但有一個最大值． (3)靜摩擦力產(chǎn)生在相對靜止但有相對滑動趨勢的物體之間．靜摩擦力的方向與接觸面相切，與物體相對滑動趨勢的方向相反． 2．在礦山、碼頭、工廠中多用傳送帶將貨物由低處傳送到高處．如圖4所示，傳送帶勻速轉(zhuǎn)動，貨物和傳送帶相對靜止． 圖4 (1)傳送帶靠什么力把貨物送到高處？此力方向如何？ (2)只有靜止的物體才受靜摩擦力嗎？靜摩擦力總是阻礙物體的運動嗎？ 答案　(1)靜摩擦

6、力．靜摩擦力的方向沿斜面向上(與物體運動方向相同)． (2)不是．靜摩擦力發(fā)生在兩個相對靜止的物體之間，物體本身可以運動． 靜摩擦力阻礙的是相對滑動趨勢，并不總是阻礙物體的運動．靜摩擦力也可以是動力． [要點提煉] 1．定義：物理學(xué)中，把物體間有相對滑動趨勢時產(chǎn)生的摩擦力，叫做靜摩擦力． 2．靜摩擦力產(chǎn)生的條件 (1)物體相互接觸且相互擠壓． (2)接觸面粗糙． (3)兩物體間相對靜止但有相對滑動趨勢． 注意　兩物體是“相對靜止”，并不是靜止． 3．靜摩擦力的方向 總是沿著接觸面，并且跟物體間相對滑動趨勢的方向相反． 注意　(1)與“相對滑動趨勢的方向相反”，并不是與“

7、運動方向”相反．(2)靜摩擦力的效果是阻礙物體間的相對滑動趨勢，并不是阻礙物體的運動． 4．靜摩擦力的大小 (1)靜摩擦力具有被動性，即其大小總隨迫使物體發(fā)生相對運動的外力的變化而變化，與正壓力大小無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)． (2)靜摩擦力有一個最大值，即最大靜摩擦力fmax，靜摩擦力的范圍是0

8、勢”的方向？ 答案　“相對滑動趨勢”是指一個物體相對于與它接觸的另一個物體有滑動的可能，但還處于相對靜止?fàn)顟B(tài)．例如用力推木箱，木箱未動，但木箱有相對地面向前的滑動趨勢． “相對滑動趨勢的方向”是指假設(shè)接觸面光滑時，物體將要發(fā)生相對滑動的方向．如圖，物體靜止在粗糙斜面上，假設(shè)斜面光滑時，物體將沿斜面下滑，即物體靜止時，相對(斜面)滑動趨勢的方向是沿斜面向下． 一、對摩擦力概念的理解 例1　關(guān)于摩擦力的產(chǎn)生，下列說法中正確的是(　　) A．相互壓緊的粗糙物體間一定有摩擦力 B．有相對運動或有相對運動趨勢的物體間一定有摩擦力 C．相互壓緊并運動的物體間一定有摩擦力作用 D．只

9、有相互壓緊和發(fā)生相對運動(或有相對運動趨勢)的物體間才可能有摩擦力的作用 解析　要產(chǎn)生摩擦力，首先要有彈力，其次要接觸面不光滑，還要有相對運動或有相對運動趨勢，故只有D正確． 答案　D 二、滑動摩擦力 例2　裝修工人在搬運材料時施加一個水平拉力將其從水平臺面上拖出，如圖6所示，則在勻速拖出的過程中(　　) 圖6 A．材料與平臺之間的接觸面積逐漸減小，摩擦力逐漸減小 B．材料與平臺之間的接觸面積逐漸減小，拉力逐漸減小 C．平臺對材料的支持力逐漸減小，摩擦力逐漸減小 D．材料與平臺之間的動摩擦因數(shù)不變，支持力也不變，因而工人拉力也不變 解析　勻速拉動的過程只能持續(xù)到重心離開

10、臺面的瞬間，材料的重心在臺面上，故材料對臺面的壓力不變，故材料受到的支持力不變，故C錯誤；而在拉動過程中動摩擦因數(shù)不變，由f＝μN可知摩擦力是不變的，故A、B錯誤；因為材料做勻速直線運動，摩擦力不變，所以工人的拉力是不變的，故D正確． 答案　D 三、靜摩擦力 例3　(多選)如圖7所示，一質(zhì)量為m的木塊靠在粗糙的豎直墻壁上，且受到水平力F的作用，下列說法正確的是(　　) 圖7 A．若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力大小等于mg，方向豎直向上 B．若木塊靜止，當(dāng)F增大時，木塊受到的靜摩擦力隨之增大 C．若木塊靜止，當(dāng)F增大時，最大靜摩擦力隨之增大 D．若開始時木塊靜止，當(dāng)撤去F，

11、木塊沿墻壁下滑時，木塊不受摩擦力作用 答案　ACD 解析　若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力與mg平衡，大小為mg，方向豎直向上，故A正確，B錯誤；最大靜摩擦力與正壓力成正比，故C正確；當(dāng)撤去F時，墻壁與木塊間無彈力，則木塊不受摩擦力作用，故D正確． 四、摩擦力的計算 例4　質(zhì)量為2 kg的物體靜止在水平地面上，如圖8所示，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，最大靜摩擦力與滑動摩擦力視為相等，給物體一水平推力F.(取g＝10 N/kg) 圖8 (1)當(dāng)推力大小為5 N時，地面對物體的摩擦力是多大？ (2)當(dāng)推力大小為12 N時，地面對物體的摩擦力是多大？ (3)物體運動過程中突

12、然把推力去掉，此時地面對物體的摩擦力是多大？ 解析　在地面上，N＝mg，則滑動摩擦力(即最大靜摩擦力fmax)大小為fmax＝μN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N. (1)當(dāng)推力F＝5 N時，F(xiàn)fmax，物體滑動．則地面對物體的滑動摩擦力的大小f滑＝μN＝μmg＝10 N. (3)物體運動過程中突然把推力去掉，地面對物體的摩擦力為滑動摩擦力，其大小f滑′＝10 N. 答案　(1)5 N　(2)10 N　(3)10 N 摩擦力的比較 靜摩擦力 滑動摩

13、擦力 說明 產(chǎn)生條件 相同點 ①相互接觸；②相互擠壓；③接觸面粗糙 最大靜摩擦力比滑動摩擦力稍大；在有些計算中可認(rèn)為滑動摩擦力等于最大靜摩擦力 不同點 有相對運動趨勢 有相對運動 力的三要素 大小 不同點 被動力，與壓力無關(guān)，大小為 0

14、1．(滑動摩擦力的理解)以下關(guān)于滑動摩擦力的說法中，正確的是(　　) A．滑動摩擦力的方向總是與物體的運動方向相反 B．滑動摩擦力總是阻礙物體的運動 C．滑動摩擦力的方向總是與物體的相對運動方向相反 D．兩個相互接觸的物體發(fā)生相對滑動時，它們都要受到滑動摩擦力的作用 答案　C 解析　滑動摩擦力的方向總是與物體的相對運動方向相反，但與物體的運動方向既可能相同，也可能相反，既可能促進物體的運動，也可能阻礙物體的運動，A、B錯誤，C正確．摩擦力的產(chǎn)生必須具備三個條件，兩個相互接觸的物體發(fā)生相對滑動時，接觸面間相互擠壓和粗糙的條件不一定具備，此時物體間不一定有摩擦力，D錯誤． 2．(對靜

15、摩擦力的理解)關(guān)于靜摩擦力，下列說法中正確的是(　　) A．受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的 B．靜摩擦力總是阻力 C．靜摩擦力的方向跟物體間相對運動趨勢的方向相反 D．兩個物體之間的靜摩擦力總是一個定值 答案　C 解析　靜摩擦力產(chǎn)生在兩個相對靜止的物體之間，但物體可以是運動的，所以A錯誤；靜摩擦力的作用是阻礙物體間的相對運動趨勢，方向與物體間相對運動趨勢的方向相反，但可能與運動方向相同，所以B錯誤，C正確；兩物體間靜摩擦力的大小由平行于接觸面的外力決定，因此D錯誤． 3．(摩擦力大小的計算)如圖9甲所示，用一拉力傳感器(能感應(yīng)力大小的裝置)水平向右拉一水平面上的木塊，A端的拉力

16、均勻增加，0～t1時間木塊靜止；木塊運動后改變拉力大小，使木塊在t2時刻后處于勻速直線運動狀態(tài)．計算機對數(shù)據(jù)擬合處理后，得到如圖乙所示的拉力隨時間變化的圖線．則：當(dāng)用F＝5.3 N的水平拉力拉靜止的木塊時，木塊所受摩擦力大小為________N；若用F＝5.8 N的水平拉力拉木塊，木塊所受摩擦力大小為________N. 圖9 答案　5.3　5.1 解析　當(dāng)用F＝5.3 N的水平拉力拉靜止的木塊時，木塊所受靜摩擦力大小等于拉力大小，即為5.3 N；若用F＝5.8 N 的水平拉力拉木塊，木塊所受滑動摩擦力大小為5.1 N. 題組一　滑動摩擦力 1．關(guān)于滑動摩擦力，下列說法正確的

17、是(　　) A．壓力越大，滑動摩擦力越大 B．壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，接觸面積越大，滑動摩擦力越大 C．壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，速度越大，滑動摩擦力越大 D．動摩擦因數(shù)不變，壓力越大，滑動摩擦力越大 答案　D 解析　由滑動摩擦力計算式f＝μN知，兩物體間滑動摩擦力的大小只與動摩擦因數(shù)μ及壓力N有關(guān)，與接觸面積及兩物體間的相對運動速度無關(guān)． 2．關(guān)于動摩擦因數(shù)，下列說法正確的是(　　) A．兩接觸面間壓力越大，動摩擦因數(shù)越大 B．兩物體間滑動摩擦力越大，動摩擦因數(shù)越大 C．兩物體間的動摩擦因數(shù)與滑動摩擦力成正比，與兩物體間的壓力成反比 D．兩物體間的動摩擦因數(shù)是由兩物體

18、的材料和接觸面的粗糙程度等決定的，與滑動摩擦力和正壓力的大小無關(guān) 答案　D 3．關(guān)于由滑動摩擦力公式推出的μ＝，下列說法中正確的是(　　) A．動摩擦因數(shù)μ與摩擦力F成正比，F(xiàn)越大，μ越大 B．動摩擦因數(shù)μ與正壓力FN成反比，F(xiàn)N越大，μ越小 C．動摩擦因數(shù)μ與摩擦力F成正比，與正壓力FN成反比 D．動摩擦因數(shù)μ的大小由兩物體接觸面的粗糙程度及材料決定 答案　D 解析　動摩擦因數(shù)取決于相互接觸的兩個物體，由兩物體接觸面的粗糙程度及材料決定，與接觸面的面積大小無關(guān)，與正壓力及摩擦力無關(guān)，選項A、B、C錯誤，D正確． 4．如圖1所示，將一張A4紙(質(zhì)量可忽略不計)夾在英漢字典內(nèi)，

19、書對A4紙的壓力為3 N，A4紙與書之間的動摩擦因數(shù)為0.4，要把A4紙從書中拉出，拉力至少應(yīng)為(　　) 圖1 A．0.6 N B．1.2 N C．2.4 N D．3 N 答案　C 解析　根據(jù)F＝μFN，F(xiàn)＝1.2 N，因為紙的上下兩面都要受到書對它的滑動摩擦力，所以要把紙從書中拉出，拉力至少應(yīng)為2.4 N，C正確． 5．如圖2所示，有一塊質(zhì)量為m的磚塊，它的長、寬、高分別為25 cm、15 cm、8 cm，當(dāng)它平放、側(cè)放和豎放在平面上用水平力拉動磚塊時，磚塊所受到的摩擦力分別為f1、f2、f3，則它們的大小關(guān)系為(磚塊各面的粗糙程度相同)(　　) 圖2 A．f1>

20、f2>f3 B．f1＝f2＝f3 C．f1

21、，所以A錯誤；靜摩擦力的作用是阻礙物體間的相對滑動趨勢，方向與物體間相對滑動趨勢的方向相反，不能說成阻礙物體的運動，所以B錯誤，C正確；兩物體間靜摩擦力的大小隨物體所受外力的變化而變化，因此D錯誤． 7．用手握住瓶子，使瓶子在豎直方向懸空靜止，如圖3所示．關(guān)于瓶子所受的摩擦力，下列說法正確的是(　　) 圖3 A．握力越大，摩擦力越大 B．只要瓶子不動，摩擦力的大小就與握力的大小無關(guān) C．如果握力加倍，則摩擦力的方向由向下變成向上 D．手越干越粗糙，摩擦力越大 答案　B 解析　只要瓶子靜止，根據(jù)二力平衡的知識，瓶子在豎直方向上受到的靜摩擦力與重力總是等大反向，與握力大小無關(guān)．

22、B項正確． 8．(多選)如圖4所示，質(zhì)量為m的物體在水平向左拉力F1和水平向右拉力F2作用下，靜止于水平地面上，已知物體與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，則物體所受摩擦力f的大小和方向為(　　) 圖4 A．F1>F2時，f＝F1－F2，方向水平向右 B．F1F2時，物體有向左的運動趨勢，故f方向為水平向右，根據(jù)平衡條件可知f＝F1－F2，A對；當(dāng)F1

23、體受力平衡，無相對滑動趨勢，故f＝0，C對；題中已知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，不會有滑動摩擦力產(chǎn)生，計算公式不成立，D錯． 9．(多選)如圖5所示，一質(zhì)量為m的木塊靠在豎直粗糙的墻壁上，且受到水平力F的作用，已知木塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)為μ，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力大小等于mg，方向豎直向上 B．若木塊靜止，當(dāng)F增大時，木塊受到的靜摩擦力隨之增大 C．若木塊沿墻壁向下運動， 則墻壁對木塊的摩擦力大小為μF D．若開始時木塊靜止，當(dāng)撤去F，木塊沿墻壁下滑時，木塊不受滑動摩擦力作用 答案　ACD 解析　若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力與重力平

24、衡，大小為mg，方向豎直向上，故A正確，B錯誤；木塊沿墻壁向下運動，墻對木塊的摩擦力大小為μN＝μF，故C正確；當(dāng)撤去F時，墻與木塊間無彈力，則木塊不受摩擦力作用，故D正確． 題組三　綜合應(yīng)用 10．關(guān)于摩擦力與彈力的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．有彈力一定有摩擦力 B．有摩擦力一定有彈力 C．彈力越大，摩擦力越大 D．摩擦力越大，彈力一定越大 答案　B 解析　根據(jù)摩擦力和彈力產(chǎn)生的特點可知，有摩擦力一定有彈力，但有彈力不一定有摩擦力，A錯，B對；彈力越大，摩擦力不一定越大，同理，摩擦力越大，彈力也不一定越大，C、D錯． 11．(多選)如圖6甲所示，一人用由零逐漸增大的

25、水平力F推靜止于水平地面上質(zhì)量為10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力f與F的關(guān)系如圖乙所示，g取10 m/s2，下列說法正確的是(　　) 圖6 A．木箱所受的最大靜摩擦力fmax＝21 N B．木箱所受的最大靜摩擦力fmax＝20 N C．木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.21 D．木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2 答案　AD 解析　木箱受到的靜摩擦力隨推力的增大而增大，最大靜摩擦力為21 N，當(dāng)推力F>21 N后，摩擦力為滑動摩擦力，大小為20 N，木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝＝0.2，選項A、D正確． 12．如圖7所示，一重為40 N的木塊原來靜止在水平桌面上，某瞬間在水

26、平方向上同時受到兩個方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13 N，F(xiàn)2＝6 N．已知木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.2，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求： 圖7 (1)木塊所受的摩擦力的大小和方向； (2)當(dāng)只將F1撤去時，木塊受到的摩擦力的大小和方向； (3)若撤去的力不是F1而是F2，求木塊受到的摩擦力的大小和方向． 答案　(1)7 N　水平向左　(2)6 N　水平向右 (3)8 N　水平向左 解析　當(dāng)木塊運動時受到的滑動摩擦力為F滑＝μFN＝μG＝0.2×40 N＝8 N，故木塊受到桌面的最大靜摩擦力為8 N. (1)加上F1、F2后，F(xiàn)1和F2相當(dāng)于一個方向向右的

27、力F＝F1－F2＝7 N．由于F小于最大靜摩擦力，故木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則木塊受到桌面靜摩擦力的作用，大小為7 N，方向水平向左． (2)將F1撤去后，由于F2小于最大靜摩擦力，故木塊仍然保持靜止．由二力平衡知識知，木塊受到的靜摩擦力大小等于F2，即大小為6 N，方向水平向右． (3)撤掉F2后，由于F1大于最大靜摩擦力，則木塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，大小為8 N，方向水平向左． 13．有一種圓珠筆，內(nèi)部有一根小彈簧．如圖8所示，筆桿豎直放置，在圓珠筆尾部的按鈕上放一個200 g的砝碼，砝碼靜止時，彈簧壓縮量為2 mm.現(xiàn)用這支圓珠筆水平推一本平放在桌面上質(zhì)量為800 g的書，當(dāng)按鈕壓縮量為2.4 mm(未超過彈簧的彈性限度)時，這本書恰好勻速運動．g＝10 m/s2，試求： 圖8 (1)筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)； (2)書與桌面間的動摩擦因數(shù)大?。? 答案　(1)1 000 N/m　(2)0.3 解析　(1)由于砝碼處于靜止，則kx＝mg， 所以有k＝＝ N/m＝1 000 N/m. (2)要使書恰好能勻速運動，則kx′＝μm′g 得μ＝＝＝0.3.