(新高考)高考物理一輪復習課時練習第2章第2講《摩擦力》(含解析)

第2講摩擦力一、靜摩擦力與滑動摩擦力1.兩種摩擦力的比較名稱項目靜摩擦力滑動摩擦力定義兩相對靜止的物體間的摩擦力兩相對運動的物體間的摩擦力產(chǎn)生條件①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運動趨勢①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運動大小0＜Ff≤FfmFf＝μFN方向與受力物體相對運動趨勢的方向相反與受力物體相對運動的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對運動趨勢總是阻礙物體間的相對運動2.動摩擦因數(shù)(1)定義：彼此接觸的物體發(fā)生相對運動時，摩擦力和正壓力的比值。公式μ＝eq\f(Ff,FN)。(2)決定因素：接觸面的材料和粗糙程度?！咀詼y1】《中國制造2025》是國家實施強國戰(zhàn)略行動綱領，智能機器制造是一個重要方向，如圖1所示，一機械臂鐵夾豎直夾起一個金屬小球，小球在空中處于靜止狀態(tài)，鐵夾與球接觸面保持豎直，則()圖1A.小球受到的摩擦力方向豎直向下B.小球受到的摩擦力與重力大小相等C.若增大鐵夾對小球的壓力，小球受到的摩擦力變大D.若鐵夾水平移動，小球受到的摩擦力變大答案B解析對小球受力分析可知，小球受重力、兩側鐵夾的彈力以及摩擦力作用，根據(jù)平衡條件可知，小球在豎直方向上受到的摩擦力與重力大小相等，方向相反，故A項錯誤，B項正確；增大鐵夾對小球的壓力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不變，故C項錯誤；若水平移動鐵夾，由于小球在豎直方向受力始終平衡，則摩擦力大小不變，故D項錯誤。二、“三點”注意1.摩擦力的方向總是與物體間相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反，但不一定與物體的運動方向相反。2.摩擦力總是阻礙物體間的相對運動(或相對運動趨勢)，但不一定阻礙物體的運動，即摩擦力可以是阻力，也可以是動力。3.受靜摩擦力作用的物體不一定靜止，但一定與施力物體保持相對靜止?！咀詼y2】(多選)下列關于摩擦力的說法中正確的是()A.兩物體間有摩擦力時，一定有彈力，且摩擦力的方向和它們間的彈力方向垂直B.兩物體間的摩擦力大小和它們間的壓力一定成正比C.在兩個運動的物體之間可以存在靜摩擦力，且靜摩擦力的方向可以與運動方向垂直D.滑動摩擦力的方向可以與物體的運動方向相同，也可以相反答案ACD解析摩擦力方向沿接觸面，彈力方向垂直于接觸面，且有摩擦力時一定有彈力，A正確；靜摩擦力的大小與壓力無關，B錯誤；運動的物體間可能有靜摩擦力，且靜摩擦力的方向可以與運動方向垂直，例如，靜摩擦力提供向心力，C正確；滑動摩擦力可以是動力，也可以是阻力，D正確。命題點一靜摩擦力的有無及方向判斷“三法”1.假設法2.運動狀態(tài)法先確定物體的運動狀態(tài)，再利用平衡條件或牛頓第二定律確定靜摩擦力的有無及方向。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是否受到靜摩擦力并判斷方向，再根據(jù)牛頓第三定律確定另一物體是否受到靜摩擦力及方向?！纠?】(2020·7月浙江選考，3)矢量發(fā)動機是噴口可向不同方向偏轉以產(chǎn)生不同方向推力的一種發(fā)動機。當殲20隱形戰(zhàn)斗機以速度v斜向上飛行時，其矢量發(fā)動機的噴口如圖2所示。已知飛機受到重力G、發(fā)動機推力F1、與速度方向垂直的升力F2和與速度方向相反的空氣阻力Ff。下列受力分析示意圖可能正確的是()圖2答案A解析由題給信息可知，升力F2與速度方向垂直，B、D項錯誤；空氣阻力Ff與速度方向相反，C項錯誤，A項正確?！咀兪?】(多選)如圖3所示，A、B、C三個物體質量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同。三個物體隨傳送帶一起勻速運動，運動方向如圖中箭頭所示，則下列說法正確的是()圖3A.A物體受到的摩擦力方向向右B.三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零C.B、C受到的摩擦力方向相同D.B、C受到的摩擦力方向相反答案BC解析A物體與傳送帶一起勻速運動，它們之間無相對運動或相對運動趨勢，即無摩擦力作用，A錯誤；B、C兩物體雖運動方向不同，但都處于平衡狀態(tài)，由沿傳送帶方向所受合力為零可知，B、C兩物體均受沿傳送帶方向向上的摩擦力作用，B、C正確，D錯誤。命題點二摩擦力的分析與計算1.靜摩擦力的分析(1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)，利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小。(2)物體有加速度時，若只受靜摩擦力，則Ff＝ma。若除受靜摩擦力外，物體還受其他力，則F合＝ma，先求合力再求靜摩擦力。2.滑動摩擦力的分析滑動摩擦力的大小用公式Ff＝μFN來計算，應用此公式時要注意以下幾點(1)μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、接觸面的粗糙程度有關；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)滑動摩擦力的大小與物體的運動速度和接觸面的大小均無關。題型1靜摩擦力的分析與計算【例2】(多選)(2020·河北唐山市上學期期末)如圖4所示，長木板A與物體B疊放在水平地面上，物體與木板左端立柱間放置水平輕質彈簧，在水平外力F作用下，木板和物體都靜止不動，彈簧處于壓縮狀態(tài)。將外力F緩慢減小到零，物體始終不動，在此過程中()圖4A.彈簧彈力不變B.物體B所受摩擦力逐漸減小C.物體B所受摩擦力始終向左D.木板A所受地面的摩擦力逐漸減小答案AD解析將外力F緩慢減小到零，物體始終不動，彈簧的長度不變，則彈力不變，選項A正確；對物體B，因開始時所受摩擦力的方向不確定，則有F彈＝F±Ff，則隨F的減小，物體B所受摩擦力的大小和方向都不能確定，選項B、C錯誤；對A、B與彈簧組成的整體，在水平方向，力F與地面對A的摩擦力平衡，則隨F的減小，木板A所受地面的摩擦力逐漸減小，選項D正確?！咀兪?】如圖5所示為某新型夾磚機，它能用兩支巨大的“手臂”將幾噸磚夾起，大大提高了工作效率。已知某夾磚機能夾起質量為m的磚，兩支“手臂”對磚產(chǎn)生的最大壓力為Fmax(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g)，則“手臂”與磚之間的動摩擦因數(shù)至少為()圖5A.eq\f(mg,Fmax) B.eq\f(mg,2Fmax)C.eq\f(2mg,Fmax) D.eq\f(Fmax,mg)答案B解析由于磚處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可得2μFmax＝mg，解得μ＝eq\f(mg,2Fmax)，故B正確。【變式3】(2020·廣東揭陽市第一次模擬)如圖6所示，在粗糙水平面上放置A、B、C三個物塊，物塊之間由兩根完全相同的輕彈簧相連接，兩彈簧的伸長量相同，且它們之間的夾角∠ABC＝120°，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。已知A物塊所受的摩擦力大小為Ff，則B物塊所受的摩擦力大小為()圖6A.eq\f(\r(3),2)Ff B.FfC.eq\r(3)Ff D.2Ff答案B解析物塊A水平方向上受彈簧的拉力FT和水平面的靜摩擦力Ff作用，根據(jù)共點力平衡條件可知：FT＝Ff，由于兩根彈簧相同，且伸長量相同，因此，兩彈簧上的彈力大小相等，物塊B水平方向受兩彈簧的拉力和水平面的靜摩擦力Ff′作用，根據(jù)共點力平衡條件可知：Ff′＝2FTcos60°＝Ff，故選項B正確。題型2滑動摩擦力的分析與計算【例3】(2019·全國卷Ⅱ，16)物塊在輕繩的拉動下沿傾角為30°的固定斜面向上勻速運動，輕繩與斜面平行。已知物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為eq\f(\r(3),3)，重力加速度取10m/s2。若輕繩能承受的最大張力為1500N，則物塊的質量最大為()A.150kg B.100eq\r(3)kgC.200kg D.200eq\r(3)kg答案A解析物塊沿斜面向上勻速運動，受力如圖，根據(jù)平衡條件可得F＝Ff＋mgsinθ①Ff＝μFN②FN＝mgcosθ③由①②③式得F＝mgsinθ＋μmgcosθ所以m＝eq\f(F,gsinθ＋μgcosθ)代入數(shù)據(jù)得m＝150kg，選項A正確?！咀兪?】(多選)(2020·廣東珠海市上學期期末)自動卸貨車始終靜止在水平地面上。車廂在液壓機的作用下改變與水平面間的傾角，用以卸下車廂中的貨物。當傾角增大到θ時，質量為M的木箱A與裝在箱內的質量為m的物體B一起以共同的速度v沿車廂底勻速滑下，則下列說法正確的是()圖7A.A受到的靜摩擦力方向沿斜面向上B.A受到的摩擦力為Mgsinθ，方向沿底面向上C.A受到車廂底面的滑動摩擦力大小為MgsinθD.A與車廂底面間的動摩擦因數(shù)μ＝tanθ答案BD解析A受到車廂底面的摩擦力是滑動摩擦力，受到B的摩擦力是靜摩擦力，方向沿斜面向下，故A錯誤；對A受力分析，受重力、支持力、車廂底面對A的摩擦力、B對A的壓力和B對A的摩擦力，根據(jù)A勻速運動，受力平衡，A受到的摩擦力大小為Mgsinθ，方向沿底面向上，故B正確；將A、B作為整體，勻速運動，受力平衡，所以A受到車廂底面的滑動摩擦力大小為(M＋m)gsinθ，故C錯誤；對于A、B整體，根據(jù)受力平衡，有(M＋m)gsinθ＝μ(M＋m)sinθ，所以μ＝tanθ，故D正確。命題點三摩擦力的“四類典型”突變問題類型1“靜—靜”突變物體在靜摩擦力和其他力的共同作用下處于靜止狀態(tài)，當作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時，如果物體仍然保持靜止狀態(tài)，則物體受到的靜摩擦力的大小和方向將發(fā)生突變?！纠?】(2020·福建三明市質檢)如圖8所示，質量為10kg的物體A拴在一個被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為5N時，物體A處于靜止狀態(tài)。若小車以1m/s2的加速度向右運動，則(g＝10m/s2)()圖8A.物體A相對小車向右運動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D.物體A受到的彈簧的拉力增大答案C解析由題意得，物體A與小車的上表面間的最大靜摩擦力Ffm≥5N，小車加速運動時，假設物體A與小車仍然相對靜止，則物體A所受合力F合＝ma＝10N，可知此時小車對物體A的摩擦力為5N，方向向右，且為靜摩擦力，所以假設成立，物體A受到的摩擦力大小不變，故選項A、B錯誤，C正確；物體A受到的彈簧的拉力大小不變，故D錯誤。類型2“靜—動”突變物體在靜摩擦力和其他力作用下處于相對靜止狀態(tài)，當其他力變化時，如果物體不能保持相對靜止狀態(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動摩擦力。【例5】(多選)如圖9甲所示，A、B兩個物體疊放在水平面上，B的上下表面均水平，A物體與一拉力傳感器相連接，連接拉力傳感器和物體A的細繩保持水平。從t＝0時刻起，用一水平向右的力F＝kt(k為常數(shù))作用在B物體上，拉力傳感器的示數(shù)隨時間變化的圖線如圖乙所示，已知k、t1、t2，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。據(jù)此可求()圖9A.A、B之間的最大靜摩擦力B.水平面與B之間的滑動摩擦力C.A、B之間的動摩擦因數(shù)μABD.B與水平面間的動摩擦因數(shù)μ答案AB解析當F大于B與地面間的最大靜摩擦力后，拉力傳感器才有示數(shù)，地面對B的最大靜摩擦力為Ffm＝kt1，A、B相對滑動后，拉力傳感器的示數(shù)保持不變，則FfAB＝kt2－Ffm＝k(t2－t1)，選項A、B正確；由于A、B的質量未知，則μAB和μ不能求出，選項C、D錯誤。類型3“動—靜”突變在滑動摩擦力和其他力作用下，做減速運動的物體突然停止滑行時，物體將不再受滑動摩擦力作用，滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力?！纠?】把一重為G的物體用一個水平的推力F＝kt(k為恒量，t為時間)壓在豎立的足夠高的平整的墻上，如圖10所示。從t＝0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關系是()答案B解析根據(jù)滑動摩擦力Ff＝μFN＝μF，隨著壓力F均勻增大，摩擦力Ff均勻增大，當摩擦力增大到大于重力以后，物體做減速運動直到靜止，摩擦力變?yōu)殪o摩擦力，始終等于受到的重力，故選項B正確。類型4“動—動”突變在滑動摩擦力作用下運動至達到共同速度后，如果在靜摩擦力作用下不能保持相對靜止，則物體將受滑動摩擦力作用，且其方向發(fā)生反向?！纠?】(多選)如圖11所示，將一質量為m的滑塊輕輕放置于傳送帶的左端，已知傳送帶以速率v0順時針運動，滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ，傳送帶左右距離足夠長，重力加速度為g。當滑塊速度達到v0時突然斷電，傳送帶以大小為a的加速度勻減速至停止。關于滑塊放上去后受到的摩擦力，下列說法正確的是()圖11A.滑塊始終沒有受到靜摩擦力作用B.滑塊剛放上去時受到的滑動摩擦力大小為μmgC.滑塊受到的摩擦力一直不變D.傳送帶減速時滑塊受到的摩擦力大小可能變?yōu)閙a答案BD解析滑塊剛放上傳送帶時，受到水平向右的滑動摩擦力Ff＝μmg，故B正確；若傳送帶的加速度a≤μg，則滑塊和傳送帶一起勻減速至停止，滑塊受到的靜摩擦力，F(xiàn)f＝ma，故A、C錯誤，D正確。課時限時練(限時：25分鐘)對點練1靜摩擦力的有無及方向的判斷1.(2020·1月浙江省高中學業(yè)水平考試)某運動員以如圖1所示的姿勢蹲在水平地面上，則該運動員()圖1A.受到水平向前的摩擦力B.受到水平向后的摩擦力C.受到豎直向上的支持力D.所受支持力由腳底形變產(chǎn)生答案C解析運動員以如圖所示的姿勢蹲在水平地面上，運動員在水平方向無運動的趨勢，則地面對人無摩擦力，選項A、B錯誤；運動員豎直方向受力平衡，受到地面豎直向上的支持力和向下的重力，選項C正確；人所受支持力由地面的形變產(chǎn)生，選項D錯誤。2.(2020·安徽廬巢七校聯(lián)盟第三次聯(lián)考)智能化電動扶梯如圖2所示，乘客站上扶梯，先緩慢加速，然后再勻速上升，則()圖2A.乘客始終處于超重狀態(tài)B.加速階段乘客受到的摩擦力方向與v相同C.電梯對乘客的作用力始終豎直向上D.電梯勻速上升時，電梯對乘客的作用力豎直向上答案D解析加速運動階段，顧客的加速度沿電梯斜向上，有豎直向上的分加速度，根據(jù)牛頓第二定律，電梯對他的支持力大于其重力，處于超重狀態(tài)；勻速運動階段，加速度為0，所以既不超重也不失重，選項A錯誤；加速階段乘客加速度斜向上，加速度有水平向右的分量，則受到的摩擦力方向水平向右，選項B錯誤；加速階段，乘客受到豎直向上的支持力和水平向右的摩擦力，則電梯對乘客的作用力斜向右上方；電梯勻速上升時，電梯對乘客只有向上的支持力，即電梯對乘客的作用力豎直向上，選項C錯誤，D正確。對點練2摩擦力的分析與計算3.(多選)(2020·廣東五華縣上學期期末質檢)如圖3所示，物塊M在靜止的傳送帶上以速度v勻速下滑時，傳送帶突然啟動，方向如圖中箭頭所示，若傳送帶的速度大小也為v，則傳送帶啟動后()圖3A.M靜止在傳送帶上 B.M可能沿傳送帶向上運動C.M受到的摩擦力不變 D.M下滑的速度不變答案CD解析由M勻速下滑可知其處于平衡狀態(tài)，受重力、摩擦力和支持力作用，傳送帶啟動以后對M受力沒有影響，不會影響其運動狀態(tài)，C、D項正確。圖44.(2020·湖北荊門市調考)如圖4所示，某中學新校區(qū)裝修時，工人用質量為m的磨石對斜壁進行打磨，當對磨石施加方向豎直向上、大小為F的推力時，磨石恰好沿斜壁向上勻速運動，已知磨石與斜壁之間的動摩擦因數(shù)為μ，則磨石受到的摩擦力大小為()A.μ(F－mg)cosθ B.(F－mg)sinθC.(F－mg)cosθ D.μ(F－mg)答案C解析磨石受重力、推力、斜壁的彈力及摩擦力而處于平衡狀態(tài)，由圖可知，F(xiàn)一定大于重力；先將重力及向上的推力合成后，將二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得：在沿斜面方向有：Ff＝(F－mg)cosθ；在垂直斜面方向上有：FN＝(F－mg)sinθ，則Ff＝(F－mg)cosθ，根據(jù)Ff＝μFN得Ff＝μ(F－mg)sinθ，選項C正確。對點練3摩擦力的突變問題5.(2020·江蘇如皋中學模擬)如圖5所示，繃緊的水平傳送帶始終以恒定速率v1運行。初速度大小為v2的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上的A處滑上傳送帶。若從小物塊滑上傳送帶開始計時，小物塊在傳送帶上運動的v－t圖像(以地面為參考系)如圖乙所示。已知v2＞v1，則()圖5A.t2時刻，小物塊離A處的距離達到最大B.t2時刻，小物塊相對傳送帶滑動的距離達到最大C.0～t2時間內，小物塊受到的摩擦力方向先向右后向左D.0～t3時間內，小物塊始終受到大小不變的摩擦力作用答案B解析t1時刻小物塊向左運動到速度為零，離A處的距離達到最大，A錯誤；t1～t2時間段，小物塊對地向右加速，相對傳送帶仍向左運動，之后相對靜止，t2時刻，小物塊相對傳送帶滑動的距離達到最大，B正確；0～t2時間內，小物塊受到的摩擦力方向始終向右，C錯誤；t2～t3時間內小物塊隨傳送帶一起向右勻速運動，不受摩擦力作用，D錯誤。6.如圖6所示，置于水平地面上的A、B兩物塊，在水平恒力F的作用下，以共同速度向右做勻速直線運動。下列說法正確的是()圖6A.A與B間的動摩擦因數(shù)可能為0B.B與地面間的動摩擦因數(shù)可能為0C.若撤去F，A與B一定會相對滑動D.若撤去F，A與B間摩擦力逐漸減小答案A解析兩物塊在水平恒力F的作用下，共同向右做勻速直線運動，B所受地面的滑動摩擦力與力F平衡，B與地面間的動摩擦因數(shù)不可能為零，B錯誤；A在水平方向不受外力，A不受摩擦力，A與B間的動摩擦因數(shù)可能為0，故A正確；若A、B之間的動摩擦因數(shù)不為0，且μAB＞μ地，撤去F，A與B一