物理專題二 相互作用與物體平衡 第2講 摩擦力

第2講 摩擦力一、摩擦力相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)摩擦力1定義：當(dāng)相互接觸且相互擠壓的物體之間有_時(shí)，接觸面間產(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，稱為摩擦力固體、液體、氣體的接觸面上都會(huì)有_作用2摩擦力分類：_摩擦(初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過)、_摩擦力和_摩擦力滾動(dòng)滑動(dòng)靜二、滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力相對(duì)滑動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)1滑動(dòng)摩擦力FN材料(1)定義：兩個(gè)相互接觸的物體有_時(shí)，在物體之間產(chǎn)生的阻礙相對(duì)滑動(dòng)的作用力(2)產(chǎn)生條件(缺一不可)：兩物體相互接觸并擠壓(有彈力)；接觸面粗糙；兩物體間有_(3)大?。号c正壓力成正比，即 f_.叫動(dòng)摩擦因數(shù)，與接觸面的_和_有關(guān)(4)方向：與物體_的方向相反，與物體運(yùn)動(dòng)的方向無關(guān)粗糙程度相對(duì)滑動(dòng)2靜摩擦力(1) 定義：兩個(gè)相互接觸的物體間有_時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的力(2)產(chǎn)生條件(缺一不可)：兩物體相互接觸并擠壓(有彈力)；接觸面粗糙；兩物體間有_(3)大小：物體間的靜摩擦力大小可以改變(兩物體間接觸面的粗糙程度和彈力不變的情況下)，隨著其他外力的變化而變化相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)(4)方向：跟物體_的方向相反，并且摩擦力的方向總跟接觸面平行(或相切)(5)最大靜摩擦力 fmax：靜摩擦力有一個(gè)_，在數(shù)值上等于物體剛要滑動(dòng)時(shí)所需要的沿相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向的外力靜摩擦力的大小取值范圍為：_.實(shí)際中，最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力一般情況下，可近似認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)最大值0ffmax【基礎(chǔ)檢測(cè)】1如圖 2-2-1 所示，質(zhì)量為 10 kg 的物體 A 拴在一個(gè)被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為 5 N 時(shí)，物體 A 處于靜止?fàn)?態(tài)若小車以 1 m/s2 的加速度向右運(yùn)動(dòng)后，則(g10 m/s2)(A物體 A 相對(duì)小車向右運(yùn)動(dòng)B物體 A 受到的摩擦力減小C物體 A 受到的摩擦力大小不變圖 2-2-1D物體 A 受到的彈簧拉力增大答案：C2如圖 2-2-2 所示，重 6 N 的木塊靜止在傾角30的斜面上，若用平行于斜面沿水平方向、大小等于 4 N 的力推木塊，)木塊仍能保持靜止，則木塊所受的摩擦力大小是( 圖 2-2-2A3 NB4 NC5 ND6 N解析：對(duì)木塊受力分析，受推力 F、重力 G、支持力 N 和靜摩擦力 f，將重力按照作用效果分解為沿斜面向下的分力 F答案：C圖D2考點(diǎn) 1靜摩擦力的分析與計(jì)算 重點(diǎn)歸納1判斷靜摩擦力的有無及方向的三種方法(1)假設(shè)法利用假設(shè)法判斷的思維程序如下：(2)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)法此法關(guān)鍵是先確定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如平衡或有加速度)，再利用平衡條件或牛頓第二定律(Fma)確定靜摩擦力的大小和方向(3)牛頓第三定律法“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)牛頓第三定律確定另一物體受到的靜摩擦力的大小和方向2靜摩擦力的大小(1) 兩物體間實(shí)際產(chǎn)生的靜摩擦力 f 在零和最大靜摩擦力fmax 之間，即 0ffmax.最大靜摩擦力 fmax 是物體將要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)(臨界狀態(tài))時(shí)的摩擦力，它的數(shù)值與 FN 成正比，在正壓力FN 不變的情況下，最大靜摩擦力 fmax 略大于滑動(dòng)摩擦力在一般情況下，可近似認(rèn)為物體受到的最大靜摩擦力等于物體受到的滑動(dòng)摩擦力(2)靜摩擦力的大小要依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算：如果物體處于平衡狀態(tài)，可根據(jù)平衡條件求解靜摩擦力；如果物體處于非平衡狀態(tài)，可根據(jù)牛頓第二定律求解靜摩擦力方法技巧(1)在分析兩個(gè)或兩個(gè)以上物體間的相互作用時(shí)，一般采用整體法與隔離法進(jìn)行分析；(2)受靜摩擦力作用的物體不一定是靜止的，受滑動(dòng)摩擦力作用的物體不一定是運(yùn)動(dòng)的；(3)摩擦力阻礙的是物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但摩擦力不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，即摩擦力不一定是阻力【考題題組】1如圖 2-2-3 所示，物體 a、b 和 c 疊放在水平桌面上，水平力 Fb5 N，F(xiàn)c10 N 分別作用于物體 b、c 上，a、b 和 c 仍保持靜止，以 f1、f2、f3 分別表示 a 與 b、b 與 c、c 與桌面間的靜摩擦力的大小，則()Af15 N，f20，f35 NBf15 N，f25 N，f30 NCf10 N，f25 N，f35 N Df10 N，f210 N，f35 N圖 2-2-3解析：將 a 進(jìn)行隔離分析可知，物體 a 相對(duì)物體 b 沒有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，故 a、b 間的摩擦力為零隔離 b 進(jìn)行受力分析，可得 b、c 間的摩擦力大小等于 Fb 的大小，將三個(gè)物體看做整體進(jìn)行受力分析可知，整體所受合力為零，相對(duì)地面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，物體 c 與地面間的摩擦力大小 f3FcFb5 N，故C 正確答案：C2(2017 年無錫期末)如圖 2-2-4 所示，質(zhì)量為 1 kg 的物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，從 t0 開始以初速度 v0 沿水平地面向右滑行，同時(shí)受到一個(gè)水平向左的恒力 F1 N 的作用，g 取 10 m/s2，取向右為正方向，該物體受到的摩擦力 f 隨)時(shí)間變化的圖象是(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)(圖 2-2-4ACBD答案：A考點(diǎn) 2滑動(dòng)摩擦力的分析與計(jì)算1滑動(dòng)摩擦力的方向滑動(dòng)摩擦力的方向總與物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，判斷滑動(dòng)摩擦力的方向時(shí)一定要明確“相對(duì)”的含義是指相對(duì)跟它接觸的物體，所以滑動(dòng)摩擦力的方向可能與物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)(對(duì)地運(yùn)動(dòng))方向相反，也可能與實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向相同，還可能與物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向成一定的夾角2滑動(dòng)摩擦力的大小(1)滑動(dòng)摩擦力的大小可以用公式 fFN 計(jì)算(2)結(jié)合研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜止、勻速運(yùn)動(dòng)或變速運(yùn)動(dòng))，利用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解方法技巧：應(yīng)用滑動(dòng)摩擦力的決定式 fFN 時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：(1)為動(dòng)摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān)；FN 為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力(2)滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度和接觸面的面積均無關(guān)；其方向一定與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，與物體運(yùn)動(dòng)(對(duì)地)的方向不一定相反3(2017 年遼寧鐵嶺月考)如圖 2-2-5 所示，木板 B 放在粗糙的水平面上，木塊 A 放在 B 的上面，A 的右端通過一不可伸長(zhǎng)的輕繩固定在豎直墻上用水平恒力 F 向左拉動(dòng) B，使其以速度 v 做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)繩水平且拉力大小為 T.下列說法正確的是()A繩上拉力 T 與水平恒力 F 大小相等B木塊 A 受到的摩擦力大小等于 T圖 2-2-5C木板 B 受到一個(gè)靜摩擦力，一個(gè)滑動(dòng)摩擦力，二者合力大小等于 FD若木板 B 以速度 2v 勻速運(yùn)動(dòng)，則拉力大于 F解析：以 A、B 整體為研究對(duì)象，分析受力情況，在水平方向受到水平向左的拉力 F、繩子水平向右的拉力 T 和地面對(duì)B 水平向右的滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)平衡條件得，繩上拉力 T 小于水平恒力 F，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤；A、B 間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，木塊 A 受到的是滑動(dòng)摩擦力，大小等于 T，選項(xiàng) B 正確；木板 B 受到兩個(gè)滑動(dòng)摩擦力，二者合力大小等于 F，選項(xiàng) C 錯(cuò)誤；若木板 B以速度 2v 勻速運(yùn)動(dòng)，A、B 受力情況都沒有變化，則拉力 F 也不變，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤答案：B易錯(cuò)點(diǎn) 1摩擦力方向的判斷例 1：如圖 2-2-6 所示，激情爬桿在春晚受到觀眾的好評(píng)當(dāng)雜技演員用雙手握住固定在豎直方向的桿勻速攀上和勻)速攀下時(shí)，他所受的摩擦力分別是 f1 和 f2，那么(Af1 向下，f2 向上，且 f1f2Bf1 向下，f2 向上，且 f1f2Cf1 向上，f2 向上，且 f1f2Df1 向上，f2 向下，且 f1f2圖 2-2-6錯(cuò)解分析：認(rèn)為摩擦力的方向與速度方向相反選擇 A.正解分析：雜技演員在爬上與爬下的過程中，手與桿保持相對(duì)靜止，故受到的是靜摩擦力的作用，根據(jù)重力與摩擦力平衡，可得勻速攀上和勻速攀下時(shí)，摩擦力方向均沿桿向上，大小與重力相等，故 C 正確答案：C指點(diǎn)迷津：靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)，與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，可用平衡條件或牛頓第二定律求解【觸類旁通】1(多選，2016 年福建福州格致中學(xué)期中)如圖 2-2-7 所示，質(zhì)量為 m 的物體在與斜面平行向上的拉力 F 作用下，沿著水平地面上質(zhì)量為 M 的粗糙斜面勻速上滑，在此過程中斜面保持靜止，則地面對(duì)斜面()A無摩擦力B支持力等于(mM)gC支持力為(Mm)gFsin 圖 2-2-7D有水平向左的摩擦力，大小為 Fcos 答案：CD2(多選)如圖 2-2-8 所示，小車的質(zhì)量為 m0，人的質(zhì)量為m，人用恒力 F 拉繩，若人和小車保持相對(duì)靜止，不計(jì)繩和滑輪質(zhì)量及小車與地面間的摩擦，則小車對(duì)人的摩擦力可能是()A0B.C.mm0F，方向向右mm0mm0F，方向向左mm0D.m0mF，方向向右mm0圖 2-2-8解析：假設(shè)小車對(duì)人的靜摩擦力方向向右，先對(duì)整體分析受力有 2F(m0m)a，再隔離出人，對(duì)人分析受力有 FFf確；若 m0m，則靜摩擦力為零，A 正確；若 m0m，則靜摩擦力方向向左，C 正確答案：ACD易錯(cuò)點(diǎn) 2摩擦力的“突變”問題1靜靜“突變”物體在摩擦力和其他力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時(shí)，如果物體仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力的大小和方向?qū)l(fā)生突變2靜動(dòng)“突變”物體在靜摩擦力和其他力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)其他力變化時(shí)，如果物體不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動(dòng)摩擦力3動(dòng)動(dòng)“突變”某物體相對(duì)于另一物體滑動(dòng)的過程中，若突然相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向變了，則滑動(dòng)摩擦力方向發(fā)生“突變”例 2：(2013 年新課標(biāo)卷)如圖 2-2-9 所示，在固定斜面上的一物塊受到一外力 F 的作用，F(xiàn) 平行于斜面向上若要物塊在斜面上保持靜止，F(xiàn) 的取值應(yīng)有一定范圍，已知其最大值和) 圖 2-2-9最小值分別為 F1 和 F2(F20)由此可求出(A物塊的質(zhì)量B斜面的傾角C物塊與斜面間的最大靜摩擦力D物塊對(duì)斜面的正壓力F1F2解析：物塊受與斜面平行的外力 F 作用，而在斜面上靜止，此時(shí)摩擦力的大小和方向?qū)㈦S F 的變化而變化設(shè)斜面傾角為，由平衡條件F1mgsin Ffmax0，F(xiàn)2mgsin Ffmax0，解得 Ffmax2，故選項(xiàng) C 正確答案：C【觸類旁通】3(多選)將力傳感器 A 固定在光滑水平桌面上，測(cè)力端通過輕質(zhì)水平細(xì)繩與滑塊相連，滑塊放在較長(zhǎng)的小車上如圖2-2-10 甲所示，傳感器與計(jì)算機(jī)相連接，可獲得力隨時(shí)間變化的規(guī)律一水平輕質(zhì)細(xì)繩跨過光滑的定滑輪，一端連接小車，另一端系沙桶，整個(gè)裝置開始處于靜止?fàn)顟B(tài)在滑塊與小車分離前緩慢向沙桶里倒入細(xì)沙，力傳感器采集的 F-t 圖象如圖乙所示則()乙 甲圖 2-2-10A2.5 s 前小車做變加速直線運(yùn)動(dòng)B2.5 s 后小車做變加速直線運(yùn)動(dòng)C2.5 s 前小車所受摩擦力不變D2.5 s 后小車所受摩擦力不變答案：BD4如圖 2-2-11 所示，將兩相同的木塊 a、b 置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁開始時(shí) a、b 均靜止，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，兩細(xì)繩均有拉力，a 所受摩擦力 Ffa0，b 所受摩擦力 Ffb0，現(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷，則剪斷瞬間()AFfa 大小不變BFfa 方向改變CFfb 仍然為零DFfb 方向向左圖 2-2-11解析：右側(cè)細(xì)繩剪斷的瞬間，彈簧彈力來不及發(fā)生變化，故 a 的受力情況不變，a 左側(cè)細(xì)繩的拉力、靜摩擦力的大小、方向均不變，A 正確，B 錯(cuò)誤；而在剪斷細(xì)繩的瞬間，b 右側(cè)細(xì)繩的拉力立即消失，靜摩擦力向右，C、D 錯(cuò)誤答案：A