第四節(jié) 摩擦力

第四節(jié)摩擦力特別提示：①滑動摩擦力的方向與接觸面相切，而彈力的方向與接觸面垂直，因此滑動摩擦力的方向一定與彈力的方向垂直.②“物體相對運動的方向”與“物體的運動方向”是不同的，“相對運動方向”通常是指物體相對參考物體的運動方向，而“運動方向”通常是指物體相對地面運動的方向，滑動摩擦力的方向跟物體相對運動的方向相反，但不一定與運動方向相反.例如汽車在啟動時，車廂內(nèi)的物體相對于車向后滑動，將受到與車運動方向相同的向前的滑動摩擦力作用，而這時物體在地面上看來也是向前運動的，此時滑動摩擦力充當動力，與運動方向相同.③概念中的“相對”是相對于跟它接觸的物體，不是相對于地面或相對于觀察者，當被研究的物體相對于地面靜止，但相對于與之接觸的物體運動的時候，依然可能存在滑動摩擦力，例如我們在擦黑板時，雖然黑板沒動，但它與黑板擦之間存在相對滑動，黑板仍然會受到滑動摩擦力的作用.【例釋1】下列有關(guān)滑動摩擦力的說法中，正確的是（）A.當動摩擦因數(shù)μ一定時，物體的重力越大，它所受到的滑動摩擦力也越大B.當μ=Ff/FN可知，動摩擦因數(shù)與滑動摩擦力成正比，與物體間相互擠壓的彈力成反比C.當μ一定時，兩個相對滑動的物體間的壓力越大，則它們之間的滑動摩擦力越大D.當物體間的壓力一定時，滑動摩擦力越大，說明物體間的動摩擦因數(shù)越大解析：根據(jù)Ff=μFN可知，物體所受滑動摩擦力的大小與接觸面間的正壓力成正比，而正壓力與重力無必然關(guān)系，故A選項錯誤.μ則取決于接觸面的性質(zhì)，與正壓力的大小無關(guān)，故B選項錯誤.同理，由Ff=μFN可知C、D選項正確.答案：CD.2.靜摩擦力（1）定義：一個物體在另一個物體的表面上相對于另一個物體靜止但存在著相對運動趨勢時，所受到的另一物體阻礙其發(fā)生相對運動的力，叫靜摩擦力.（2）產(chǎn)生條件①兩物體直接接觸、相互擠壓有壓力產(chǎn)生；②接觸面粗糙不光滑；③兩物體保持相對靜止但有相對運動趨勢.所謂“相對運動趨勢”，就是“想”滑動，而沒有滑動.就是說假如沒有靜摩擦力的存在，物體間就會發(fā)生相對運動.比如物體靜止在斜面上就是由于有靜摩擦力存在；如果接觸面光滑，沒有靜摩擦力，則由于重力的作用，物體會沿斜面下滑.3.靜摩擦力的方向靜摩擦力的方向總跟接觸面相切，并且跟物體相對運動趨勢的方向相反.（1）運動的物體可能受到靜摩擦力的作用.（2）靜摩擦力的方向可以與運動方向相同，也可以相反，還可以成任一夾角θ，所以靜摩擦力可以是阻力，也可以是動力.（3）靜摩擦力方向的判斷方法①假設法：首先假設兩物體的接觸面光滑，這時，若兩物體不發(fā)生相對滑動，則說明它們原來沒有相對運動趨勢，也沒有靜摩擦力；若兩物體發(fā)生相對滑動，則說明它們原來有相對運動趨勢，且相對運動趨勢方向就是相對運動方向，然后根據(jù)靜摩擦力方向與相對運動趨勢方向相反，確定靜摩擦力的方向.②用力的相互性判斷靜摩擦力的方向：利用摩擦力的相互性——作用力與反作用力，關(guān)鍵抓住摩擦力是成對出現(xiàn)的.【例釋2】如圖，物體A靜止在斜面B上，B靜止在水平地面上，試判斷A、B間有無摩擦，若有，說明A、B所受摩擦力的方向.解析：假設A、B的接觸面光滑，這時A相對于B沿斜面向下滑動，即原來A相對于B有向下的運動趨勢，所以A所受靜摩擦力的方向沿斜面向上；根據(jù)力的相互性，B所受靜摩擦力的方向沿斜面向下.答案：見解析③運動狀態(tài)分析法：首先判斷物體的運動狀態(tài)，若物體處于平衡狀態(tài)，則根據(jù)平衡條件判斷靜摩擦力的方向，或在學過第三章后利用牛頓運動定律判定物體受力方向，從而確定靜摩擦力的方向.4.靜摩擦力的大小兩物體間的靜摩擦力的取值范圍0＜F≤Fm，其中Fm為最大靜摩擦力.（1）靜摩擦力的大小具有不確定和被動適應性，應根據(jù)物體實際運動情況，利用平衡條件或牛頓運動定律進行計算.（2）靜摩擦力是被動力，其作用是與使物體產(chǎn)生運動趨勢的力相平衡，在取值范圍內(nèi)根據(jù)物體的“需要”取值，所以與正壓力無關(guān).（3）最大靜摩擦力大小取決于正壓力與靜摩擦因數(shù)，即Fm=μ0FN.μ0略大于μ，不少情況下忽略它們的差別.類型一：對摩擦力概念的理解【例1】下列說法中正確的是（）A.兩個互相接觸的物體之間一定有彈力作用B.一個物體靜止在另一個物體的表面上，它們之間一定不存在摩擦力的作用C.兩個物體之間如果有彈力的作用，就一定有摩擦力的作用D.兩個物體之間如果有摩擦力的作用，就一定有彈力的作用思路點撥：準確理解摩擦力的概念及產(chǎn)生條件是解此類問題的關(guān)鍵.答案：D.誤區(qū)警示：本題易錯選C.原因是沒弄清彈力與摩擦力的存在條件，彈力是摩擦力存在的必要條件，有摩擦力一定有彈力，但有彈力不一定有摩擦力.針對訓練1－1：關(guān)于摩擦力，下列說法中正確的是（）A.兩個接觸的相對靜止的物體間一定有摩擦力B.受靜摩擦作用的物體一定是靜止的C.滑動摩擦力方向可能與運動方向相同D.物體間正壓力一定時，靜摩擦力的大小可以變化但有一個限度解析：摩擦力的產(chǎn)生條件是相互接觸且（接觸處）有擠壓，接觸面不光滑，兩物體有相對運動或相對運動的趨勢，A錯，運動的物體間也可能有靜摩擦力，如靜止在傾斜傳送帶上的勻速運動的物體受斜向上的靜摩擦力，B錯，滑動摩擦力與相對運動的方向相反，與運動的方向可能相同，也可能相反，C正確，D正確.答案：CD.類型二：摩擦力方向的判斷【例2】如圖所示，一輛汽車在平直路上，車上有一木箱，試判斷下列情況中，木箱所受摩擦力的方向.（1）汽車由靜止加速運動時（木箱和車面無相對滑動）；（2）汽車剎車時（二者無相對滑動）；（3）汽車勻速運動時；（4）汽車剎車，木箱在車上向前滑動時；（5）汽車在勻速運動過程中突然加速，木箱在車上滑動時.思路點撥：摩擦力與彈力一樣是典型的被動力，其大小和方向不僅與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，還與其他作用力有關(guān)，因此，在分析和解答有關(guān)摩擦力的問題，尤其是靜摩擦力問題時，要特別注意因這種變化引起的多解性.解析：（1）木箱隨汽車一起由靜止加速運動時，假設二者接觸面是光滑的，則汽車加速時，木箱由于慣性要保持原有的靜止狀態(tài)，因此它將相對于汽車向后滑動，而實際木箱沒有滑動，說明木箱有相對汽車向后滑動的趨勢，所以，木箱受到向前的靜摩擦力.（2）汽車剎車時，速度減小，假設木箱與汽車的接觸面是光滑的，則木箱將相對汽車向前滑動，而實際木箱沒有滑動，說明木箱有相對汽車向前滑動的趨勢，所以木箱受到向后的靜摩擦力.（3）木箱隨汽車一起勻速運動時，二者無相對滑動趨勢，假設木箱受水平向右的摩擦力，則其受力如圖所示，跟木箱接觸的物體只有汽車，汽車最多能對它施加兩個力（支持力F1和摩擦力F2），由二力平衡條件知：F1與G抵消，但沒有力與F2抵消，木箱不能做勻速直線運動，這與題意矛盾，所以假設錯誤，即木箱不受摩擦力.（4）汽車剎車，木箱相對于汽車向前滑動，易知木箱受到向后的滑動摩擦力.（5）汽車在勻速過程中突然加速，木箱相對于汽車向后滑動，易知木箱受到向前的滑動摩擦力.答案：見解析思維總結(jié)：此題充分說明以下幾點：①假設法是判斷相對運動趨勢方向的極其有效的方法；②摩擦力方向可以和物體運動方向相同，也可以與物體的運動方向相反，即摩擦力（無論是靜摩擦力還是滑動摩擦力）可以是動力也可以是阻力；③靜摩擦力可以產(chǎn)生于兩個運動的物體之間而并非僅僅存在于兩個靜止的物體之間.針對訓練2－1：判斷圖中物體A是否受摩擦力作用（A和B相對靜止）；若有，判斷A受的摩擦力沿什么方向？

（1）圖（a）A、B相對地面靜止；（2）圖（b）A、B一起做勻速運動；（3）圖（c）A、B一起向右做勻速運動.解析：題圖（a）、（b）兩種情況物體A處于平衡狀態(tài)，假設物體A受靜摩擦力作用，根據(jù)二力平衡知識可知，物體A的平衡狀態(tài)被破壞，因此假設是錯誤的，故在題圖（a）、（b）兩種情況下物體A均不受摩擦力.題圖（c）種情況，由于A做勻速運動，說明A在水平方向上平衡，根據(jù)二力平衡可知，A在水平方向上一定受到靜摩擦力的作用與F相平衡.靜摩擦力的方向與運動方向相反.答案：見解析類型三：摩擦力大小的計算【例3】質(zhì)量為2kg的物體，靜止在水平地面上，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，給物體一水平拉力.（g=10m/s2）（1）當拉力大小為5N時，地面對物體的摩擦力多大？（2）當拉力大小為12N時，地面對物體的摩擦力多大？（3）此后若將拉力減為5N（物體仍在滑動），地面對物體的摩擦力為多大？（4）若撤去拉力，在物體繼續(xù)滑動的過程中，地面對物體的摩擦力為多大？思路點撥：若拉力F＜Fm（最大靜摩擦力），物體保持靜止，受靜摩擦力；若拉力F＞Fm，物體會滑動，受滑動摩擦力.解析：滑動摩擦力即最大靜摩擦力Fm=Ff=μmg=0.5×2×10N=10N（1）當拉力F=5N時，F(xiàn)＜Fm，物體仍靜止，則由二力平衡知F靜=F=5N（2）當拉力F=12N時，F(xiàn)＞Fm，物體開始滑動，則F動=Ff=10N（3）當拉力又減為5N時，物體仍在滑動，故仍是滑動摩擦力F動=Ff=10N（4）撤去拉力，在物體繼續(xù)滑動中，還是滑動摩擦力.F動=Ff=10N.答案：（1）5N（2）10N（3）10N（4）10N思維總結(jié)：計算摩擦力大小時，首先要判斷摩擦力類型，若是靜摩擦力，可根據(jù)二力平衡條件確定靜摩擦力的大小和方向，若是滑動摩擦力，可根據(jù)公式Ff=μFN，計算滑動摩擦力的大小.針對訓練3－1：木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.25.夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動.現(xiàn)用F=1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖所示.則力F作用后（）A.木塊A所受摩擦力大小是12.5NB.木塊A所受摩擦力大小是11.5NC.木塊B所受摩擦力大小是9ND.木