2024屆一輪復(fù)習(xí)新人教版 第二章第2講　摩擦力 學(xué)案

第2講摩擦力一、靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力對(duì)比項(xiàng)目靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力定義相互接觸的兩個(gè)物體之間只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),而沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力兩個(gè)相互接觸的物體,當(dāng)它們相對(duì)滑動(dòng)時(shí),在接觸面上產(chǎn)生的一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力產(chǎn)生條件(1)接觸面粗糙。(2)接觸處有彈力。(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(1)接觸面粗糙。(2)接觸處有彈力。(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)大小0<F≤FmaxFf=μFN,其中μ為動(dòng)摩擦因數(shù)方向總是跟接觸面平行,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反總是跟接觸面平行,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反二、動(dòng)摩擦因數(shù)1.定義:彼此接觸的物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),摩擦力的大小和壓力的比值,μ=Ff2.決定因素:與接觸面的材料和粗糙程度有關(guān)。三、彈力與摩擦力的關(guān)系若兩物體間有摩擦力,兩物體間一定有彈力;若兩物體間有彈力,兩物體間不一定有摩擦力。(均選填“一定有”或“不一定有”)[教材情境](魯科版必修第一冊(cè)第84頁“摩擦力的調(diào)控”)在生產(chǎn)生活中,我們有時(shí)需要盡可能加大摩擦力,有時(shí)又希望把摩擦力減到最小,掌握了摩擦力的有關(guān)規(guī)律,就可根據(jù)需要找到調(diào)控摩擦力的方法。我們需要增大摩擦力時(shí),可采用加大壓力的方法或選用動(dòng)摩擦因數(shù)更大的材料等;我們需要減小摩擦力時(shí),則可采用相反的方法。例如,為了打開密封的瓶裝罐頭蓋子,人們發(fā)明了可增大摩擦力的開瓶器(圖甲);在冰壺比賽中,為了讓冰壺能夠在賽道上按照期望的方式滑動(dòng),運(yùn)動(dòng)員就要反復(fù)刷冰以減小摩擦力(圖乙)。1.正誤辨析(1)開瓶器開瓶過程中,瓶蓋受兩個(gè)摩擦力。(√)(2)冰壺受到的滑動(dòng)摩擦力阻礙冰壺的運(yùn)動(dòng)。(√)(3)刷冰減小了冰壺與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù),冰壺受到的滑動(dòng)摩擦力減小。(√)(4)摩擦力總是與彈力同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失。(×)2.(多選)開瓶器在轉(zhuǎn)動(dòng)瓶蓋的過程中,關(guān)于瓶蓋受到的摩擦力,下列說法正確的是(ACD)A.握開瓶器的手握得越緊瓶蓋受到的滑動(dòng)摩擦力越大B.瓶蓋受的摩擦力都是阻力C.瓶蓋受靜摩擦力的方向與瓶蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同D.瓶蓋受滑動(dòng)摩擦力的方向與瓶蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反解析:瓶蓋受到瓶子的滑動(dòng)摩擦力,大小與壓力大小成正比,手握得越緊瓶蓋對(duì)瓶子的壓力越大,瓶蓋受到的滑動(dòng)摩擦力越大,故A正確;瓶蓋受到開瓶器的靜摩擦力與瓶蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,是動(dòng)力,瓶蓋受滑動(dòng)摩擦力的方向與瓶蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,是阻力,故B錯(cuò)誤,C、D正確?？键c(diǎn)一摩擦力的有無及方向的判斷1.明確三個(gè)方向名稱釋義運(yùn)動(dòng)方向一般指物體相對(duì)地面(以地面為參考系)的運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向指以其中一個(gè)物體為參考系,另一個(gè)物體相對(duì)參考系的運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向能發(fā)生卻沒有發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向,導(dǎo)致兩物體間存在靜摩擦力2.摩擦力的有無及方向的判斷方法(1)條件法:根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件判斷。(2)假設(shè)法。(3)狀態(tài)法:先判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),再根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律,通過受力分析判斷靜摩擦力的有無及方向。(4)牛頓第三定律法:先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向。[例1][摩擦力有無和方向的判斷——條件法、狀態(tài)法]關(guān)于摩擦力,下列說法正確的是(B)A.瓶子靜止在粗糙的水平桌面上時(shí),一定受到水平方向的靜摩擦力作用B.瓶子靜止在傾斜的桌面上時(shí),一定受到沿斜面向上的靜摩擦力的作用C.瓶子被握在手中且瓶口朝上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子可能受到豎直向下的滑動(dòng)摩擦力作用D.瓶子被握在手中,突然松手,瓶子自由下落,離手之前瓶子受到滑動(dòng)摩擦力解析:瓶子靜止在粗糙的水平桌面上,瓶子相對(duì)于水平桌面無運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),所以無摩擦力,故A錯(cuò)誤;瓶子靜止在傾斜的桌面上,由于自身的重力,瓶子有沿斜面向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),所以瓶子受到沿斜面向上的靜摩擦力,故B正確;瓶子被握在手中,瓶口朝上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子與手相對(duì)靜止,瓶子受向下的重力,相對(duì)于手有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),瓶子受到的靜摩擦力向上,故C錯(cuò)誤;突然松手,瓶子自由下落,離手之前手對(duì)瓶子沒有壓力,所以瓶子不受摩擦力,故D錯(cuò)誤。(1)瓶子壓著一張紙條,扶住瓶子把紙條抽出,瓶子受到的摩擦力方向與紙條的運(yùn)動(dòng)方向相同還是相反?(2)瓶子被握在手中且瓶口朝上,斜向左上方勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子所受靜摩擦力沿什么方向?大小為多少?(3)瓶子被握在手中且瓶口朝上,斜向右上方勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子所受靜摩擦力沿什么方向?提示:(1)瓶子相對(duì)于紙條的運(yùn)動(dòng)方向與紙條的運(yùn)動(dòng)方向相反,故瓶子受到的摩擦力方向與紙條的運(yùn)動(dòng)方向相同。(2)斜向左上方勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子與手相對(duì)靜止,瓶子受向下的重力,相對(duì)于手有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),瓶子受到的靜摩擦力豎直向上,根據(jù)二力平衡可知,靜摩擦力大小等于瓶子的重力大小。(3)斜向右上方勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),瓶子與手相對(duì)靜止,瓶子受向下的重力,相對(duì)于手有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),瓶子受到的靜摩擦力仍向上。[例2][摩擦力方向的判斷——狀態(tài)法、假設(shè)法、牛頓第三定律法](2022·安徽黃山模擬)(多選)中國書法歷史悠久,是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化之一。在楷書筆畫中,長橫的寫法要領(lǐng)如下:起筆時(shí)一頓,然后向右行筆,收筆時(shí)略向右按,再向左上回帶。某同學(xué)在水平桌面上平鋪一張白紙,為防打滑,他在白紙的左側(cè)靠近邊緣處用鎮(zhèn)紙壓住,如圖所示。則在向右行筆的過程中(BD)A.鎮(zhèn)紙受到向左的摩擦力B.毛筆受到向左的摩擦力C.白紙只受到向右的摩擦力D.桌面受到向右的摩擦力解析:白紙和鎮(zhèn)紙始終處于靜止?fàn)顟B(tài),假設(shè)鎮(zhèn)紙受水平方向的靜摩擦力作用,鎮(zhèn)紙將不能保持靜止?fàn)顟B(tài),故鎮(zhèn)紙不受摩擦力,鎮(zhèn)紙的作用是增大白紙與桌面之間的彈力與最大靜摩擦力,故A錯(cuò)誤;在書寫的過程中,毛筆相對(duì)紙面向右運(yùn)動(dòng),受到向左的滑動(dòng)摩擦力,故B正確;白紙與鎮(zhèn)紙之間沒有摩擦力,白紙始終處于靜止?fàn)顟B(tài),則白紙?jiān)谒椒较蚴艿矫P對(duì)白紙向右的滑動(dòng)摩擦力以及桌面對(duì)白紙向左的靜摩擦力,故C錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第三定律,白紙對(duì)桌面的摩擦力向右,故D正確。(1)摩擦力的方向總是與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的方向相反,但不一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。(2)摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)),但不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。即摩擦力可以作為阻力使物體減速,也可以作為動(dòng)力使物體加速。(3)受靜摩擦力作用的物體不一定靜止,但一定與靜摩擦力的施力物體保持相對(duì)靜止?？键c(diǎn)二摩擦力的分析與計(jì)算1.判斷摩擦力的性質(zhì)分析物體的狀態(tài),分清是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力。2.滑動(dòng)摩擦力的大小計(jì)算(1)公式法:若μ已知,可以用公式Ff=μFN計(jì)算,公式中的FN并不總是等于物體受到的重力。(2)狀態(tài)法:若μ未知,可結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和其他受力情況,利用平衡條件或牛頓第二定律列方程求解。3.靜摩擦力的分析與大小計(jì)算(1)靜摩擦力是被動(dòng)力,其大小隨狀態(tài)而變,介于0～Fmax之間。(2)靜摩擦力大小可利用平衡條件或牛頓第二定律列方程計(jì)算。(3)靜摩擦力的大小與壓力無關(guān),僅與外部條件有關(guān)。最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力,一般情況下,為分析問題方便,可認(rèn)為二者相等,故最大靜摩擦力的大小與正壓力有關(guān)且成正比。4.注意摩擦力的大小與物體速度的大小、接觸面積的大小無關(guān)。[例3][應(yīng)用平衡條件和公式計(jì)算摩擦力](2022·湖南衡陽一模)如圖所示,物體b疊放在物體a上,a、b的質(zhì)量均為m,且上、下表面均與斜面平行,它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面c勻速下滑,則(D)A.a、b間沒有靜摩擦力B.a受到b的靜摩擦力方向沿斜面向上C.a受到斜面的滑動(dòng)摩擦力大小為mgsinθD.a與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tanθ解析:對(duì)物體b受力分析可知,b一定受重力、支持力,將重力分解,可知重力有沿斜面向下的分力,b能勻速下滑,受力一定平衡,故a對(duì)b應(yīng)有沿斜面向上的靜摩擦力;根據(jù)力的相互作用規(guī)律可知,a受到b的靜摩擦力應(yīng)沿斜面向下,故A、B錯(cuò)誤;對(duì)a、b整體分析,并將整體受的重力分解,可知沿斜面方向,重力的分力與摩擦力等大反向,故a受的滑動(dòng)摩擦力沿斜面向上,大小為2mgsinθ,且有2mgsinθ=μ·2mgcosθ,解得μ=tanθ,故C錯(cuò)誤,D正確。計(jì)算摩擦力大小的思維流程[例4][應(yīng)用牛頓第二定律計(jì)算摩擦力](2023·重慶北碚區(qū)模擬)如圖所示,質(zhì)量為10kg的物體拴在一個(gè)被水平拉伸的彈簧一端,彈簧的拉力為5N時(shí),物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。若小車以1m/s2的加速度向右運(yùn)動(dòng),則(g取10m/s2)(C)A.物體相對(duì)小車向右運(yùn)動(dòng)B.物體受到的摩擦力減小C.物體受到的摩擦力大小不變D.物體受到的彈簧拉力增大解析:由題意得物體與小車的上表面間的最大靜摩擦力Fmax≥5N,小車向右做勻加速運(yùn)動(dòng),對(duì)物體受力分析,可得F合=ma=10N,可知此時(shí)小車對(duì)物體的摩擦力大小為5N,方向變?yōu)橄蛴?且為靜摩擦力,所以物體相對(duì)小車仍然靜止,所受彈簧拉力的大小不變,故A、D錯(cuò)誤;物體受到的摩擦力大小不變,仍為5N,故B錯(cuò)誤,C正確?？键c(diǎn)三摩擦力的突變問題當(dāng)物體的受力情況發(fā)生變化時(shí),摩擦力的大小和方向往往會(huì)發(fā)生變化,有可能導(dǎo)致靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力之間的相互轉(zhuǎn)化。常見的摩擦力突變模型如下:分類案例圖示“靜靜”突變?cè)谒搅作用下物體靜止于斜面上,F突然增大時(shí)物體仍靜止,則物體所受靜摩擦力的大小或方向?qū)ⅰ巴蛔儭薄办o動(dòng)”突變物體放在粗糙水平面上,作用在物體上的水平力F從零逐漸增大,當(dāng)物體開始滑動(dòng)時(shí),物體受水平面的摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動(dòng)摩擦力“動(dòng)靜”突變滑塊以v0沖上斜面做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)某位置時(shí)速度減為零,而后靜止在斜面上,滑塊受到的滑動(dòng)摩擦力“突變”為靜摩擦力“動(dòng)動(dòng)”突變水平傳送帶的速度v1大于滑塊的速度v2,滑塊受滑動(dòng)摩擦力的方向水平向右,當(dāng)傳送帶突然被卡住時(shí),滑塊受到的滑動(dòng)摩擦力方向“突變”為向左[例5][“靜靜”突變](2022·內(nèi)蒙古赤峰一模)(多選)如圖甲所示,兩物體A、B疊放在光滑的水平面上,對(duì)物體A施加一水平變力F,F-t關(guān)系圖像如圖乙所示。兩物體在力F作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),且始終相對(duì)靜止,規(guī)定水平向右為正方向,則(AD)A.兩物體一直向右做直線運(yùn)動(dòng)B.兩物體沿直線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)C.在2～3s時(shí)間內(nèi)兩物體間的摩擦力逐漸減小D.物體B所受摩擦力的方向始終與力F的方向相同解析:在0～2s內(nèi)兩物體向右做加速運(yùn)動(dòng),加速度先增大后減小;2～4s內(nèi)加速度反向,兩物體做減速運(yùn)動(dòng),因?yàn)閮啥螘r(shí)間內(nèi)受力是對(duì)稱的,所以4s末速度變?yōu)榱?在0～4s內(nèi)兩物體一直向右運(yùn)動(dòng),然后以此為周期重復(fù)以前的運(yùn)動(dòng),A正確,B錯(cuò)誤。在2～3s內(nèi),F逐漸增大,兩物體加速度逐漸增大,隔離對(duì)物體B分析,B所受的合力逐漸增大,即B所受的摩擦力逐漸增大,C錯(cuò)誤;對(duì)整體分析,兩物體的加速度與F的方向相同,物體B所受的合力為摩擦力,故摩擦力的方向與加速度方向相同,即與F的方向相同,D正確。[例6][“靜動(dòng)”突變](多選)在探究摩擦力變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的演示裝置,將力傳感器A固定在光滑水平桌面上,測(cè)力端通過細(xì)繩與一滑塊相連(細(xì)繩水平),滑塊放在較長的小車上,小車一端連接一根輕繩并跨過光滑的輕定滑輪系一只空沙桶(輕繩水平),整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)打開傳感器同時(shí)緩慢向沙桶里倒入沙子,小車一旦運(yùn)動(dòng)起來,立即停止倒沙子。若力傳感器采集的圖像如圖乙所示,則結(jié)合該圖像,下列說法正確的是(ABC)A.可求出空沙桶受到的重力B.可求出滑塊與小車之間的滑動(dòng)摩擦力的大小C.可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小D.可判斷第50s后小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)(滑塊仍在車上)解析:t=0時(shí)刻,力傳感器顯示拉力為2N,則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力,大小為2N,由力的相互性可知車受到滑塊的摩擦力為2N,由車與空沙桶受力平衡可知,空沙桶受到的重力也等于2N,A項(xiàng)正確;t=50s時(shí)摩擦力達(dá)到最大值,即滑塊與小車間的最大靜摩擦力為3.5N,同時(shí)小車開始運(yùn)動(dòng),說明帶有沙的沙桶重力等于3.5N,此時(shí)摩擦力立即變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力,最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力,故摩擦力突變?yōu)?N的滑動(dòng)摩擦力,B、C項(xiàng)正確;此后由于沙和沙桶受到的重力3.5N大于滑動(dòng)摩擦力3N,故第50s后小車將加速運(yùn)動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。[例7][“動(dòng)靜”突變](2022·吉林長春二模)如圖所示,質(zhì)量為1kg的物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,從t=0時(shí)刻開始以初速度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F=1N的作用,取向右為正方向,該物體受到的摩擦力Ff隨時(shí)間變化的圖像是下列圖中的(g取10m/s2)(A)解析:開始物體受到水平向左的滑動(dòng)摩擦力Ff=μmg=0.2×1×10N=2N,物體速度減為0后,F<Ff,所以物體受到水平向右的靜摩擦力Ff′=F=1N,故選A。[例8][“動(dòng)動(dòng)”突變](2022·河南鄭州一模)如圖所示,足夠長的傳送帶與水平面間夾角為θ,以速度v0逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳送帶的上端輕輕放置一個(gè)質(zhì)量為m的小木塊,小木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ<tanθ,則下面四個(gè)圖中能客觀地反映小木塊的速度隨時(shí)間變化關(guān)系的是(D)解析:小木塊從靜止開始運(yùn)動(dòng),相對(duì)傳送帶斜向上運(yùn)動(dòng),則所受滑動(dòng)摩擦力方向沿傳送帶向下,木塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)木塊速度與傳送帶速度相等時(shí),由于μ<tanθ,木塊繼續(xù)加速,則木塊相對(duì)傳送帶斜向下運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)摩擦力方向沿傳送帶向上,可知木塊繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),但加速度變小,所以D正確。摩擦力的突變問題,無論怎樣變化,其根本就是靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力大小或方向的變化分析問題,解題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn):(1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時(shí),一般隱藏著臨界問題,有時(shí)臨界問題中并不含上述常見的“臨界術(shù)語”,但審題時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)物理量在變化過程中會(huì)發(fā)生突變,則該物理量突變時(shí)物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。(2)靜摩擦力是被動(dòng)力,其存在及大小、方向取決于物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),而且靜摩擦力存在最大值。存在靜摩擦力的連接系統(tǒng),相對(duì)滑動(dòng)與相對(duì)靜止的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)研究傳送帶問題時(shí),物體和傳送帶的速度相等的時(shí)刻往往是摩擦力的大小、方向和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)改變的臨界點(diǎn)?？键c(diǎn)四動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)定方法原理利用彈簧測(cè)力計(jì)借助動(dòng)態(tài)平衡法測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)如圖所示,使金屬板靜止在水平桌面上,用手通過彈簧測(cè)力計(jì)向右拉鐵塊P,使鐵塊P向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F,再用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鐵塊P的重力,由平衡條件可知,FN=GP,且Ff=μFN=F,所以μ=F利用砝碼和彈簧測(cè)力計(jì)借助動(dòng)態(tài)平衡法測(cè)量滑動(dòng)摩擦力和動(dòng)摩擦因數(shù)如圖所示,向砝碼盤C內(nèi)加減砝碼,輕推鐵塊P,使其恰能在水平木板B上向左勻速滑動(dòng),鐵塊P處于平衡狀態(tài)。用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出P和C的重力GP和GC,則P所受的滑動(dòng)摩擦力Ff=GC,可求出P、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=G利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)木板A和木塊B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,在水平拉力F作用下,只要使木板A相對(duì)木塊B滑動(dòng),就可由彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)得到A、B間的動(dòng)摩擦力Ff,再用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出木塊B受到的重力GB,根據(jù)豎直方向上二力平衡知B受A的支持力與B受到的重力GB大小相等、方向相反,所以可由公式μ=FfFN說明:方案三相比于方案一、二的優(yōu)點(diǎn)在于拉動(dòng)木板A做勻速直線運(yùn)動(dòng)或變速直線運(yùn)動(dòng)都可以,只要木板A相對(duì)于上面的木塊B滑動(dòng),則木塊B就在木板A水平向右的滑動(dòng)摩擦力和水平向左的彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的作用下處于平衡狀態(tài)。[例9][利用力傳感器借助動(dòng)態(tài)平衡法測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)]在研究摩擦力特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中,將物塊放在足夠長的固定的水平板上,如圖所示。用力沿水平方向拉物塊,拉力從0開始逐漸增大,分別用力傳感器采集拉力和物塊所受到的摩擦力,并用計(jì)算機(jī)繪制出摩擦力Ff隨拉力F變化的圖像,如圖所示。已知物塊質(zhì)量為1kg。(g取10m/s2)已知幾種材料間動(dòng)摩擦因數(shù)如下表:材料鋼—鋼木—木木—金屬動(dòng)摩擦因數(shù)0.250.300.20材料皮革—鑄鐵鋼—冰木—冰動(dòng)摩擦因數(shù)0.280.020.03則兩接觸面的材料可能是(B)A.鋼—鋼 B.木—木C.木—金屬 D.木—冰解析:根據(jù)題圖乙可知物塊所受滑動(dòng)摩擦力Ff=3N,物塊對(duì)水平板的壓力FN=mg=10N,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式Ff=μFN,有μ=FfFN[例10][利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)]某同學(xué)在做“測(cè)定木板與木塊間動(dòng)摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案。方案一:木板固定,用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊,如圖甲所示。方案二:用彈簧測(cè)力計(jì)鉤住木塊,用力拉動(dòng)木板,如圖乙所示。除了實(shí)驗(yàn)必需的彈簧測(cè)力計(jì)、木塊、木板、細(xì)線外,該同學(xué)還準(zhǔn)備了若干重力均為2.00N的砝碼。(1)上述兩種方案中,更合理的方案是,理由是。

(2)該同學(xué)在木塊上加放砝碼,改變木塊對(duì)木板的壓力,記錄了5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),如下表所示。實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345砝碼/個(gè)01234砝碼對(duì)木塊壓力/N02.004.006.008.00測(cè)力計(jì)讀數(shù)/N1.502.002.502.903.50請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上(圖丙)作出摩擦力Ff和砝碼對(duì)木塊的壓力F的關(guān)系圖像(以F為橫坐標(biāo)),并分析圖像不過原點(diǎn)的原因是。則木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。

解析:(1)方案一中對(duì)摩擦力的測(cè)量是采用“間接法”進(jìn)行的,只有當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),拉力與摩擦力才是一對(duì)平衡力,它們大小相等。方案二中,拉動(dòng)木板時(shí),木塊受到向左的摩擦力,由于木塊相對(duì)地面靜止,則摩擦力與彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是一對(duì)平衡力。題圖乙中固定彈簧測(cè)力計(jì),拉動(dòng)木板做相對(duì)運(yùn)動(dòng),更容易控制拉動(dòng)的速度,使示數(shù)更穩(wěn)定,測(cè)量更準(zhǔn)確。方案二更合理。(2)采用描點(diǎn)法畫出的圖像如圖所示。當(dāng)砝碼對(duì)木塊的壓力F=0時(shí),摩擦力Ff≠0,所以圖像不過原點(diǎn)的原因是壓力中漏掉了木塊受的重力。由題意可知,圖像的斜率k=μ=ΔF答案:(1)方案二圖乙中固定彈簧測(cè)力計(jì),拉動(dòng)木板做相對(duì)運(yùn)動(dòng),更容易控制拉動(dòng)的速度,使示數(shù)更穩(wěn)定,測(cè)量更準(zhǔn)確(2)圖見解析壓力F中漏掉了木塊受的重力0.251.(2022·廣東興寧階段檢測(cè))關(guān)于摩擦力,下列說法正確的是(C)A.受靜摩擦力作用的物體一定靜止B.物體受到摩擦力作用時(shí),不一定受到彈力作用C.滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力都可以充當(dāng)動(dòng)力D.手中的瓶子握得越緊越不容易滑落,是因?yàn)殪o摩擦力增大解析:受靜摩擦力作用的物體與接觸的物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),但不一定靜止,故A錯(cuò)誤;產(chǎn)生摩擦力的條件是①有彈力,②接觸面粗糙,③有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),可見有摩擦力時(shí)一定受到彈力作用,故B錯(cuò)誤;滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力都可以與運(yùn)動(dòng)方向相同,故都可以充當(dāng)動(dòng)力,故C正確;手中的瓶子握得越緊越不容易滑落,是因?yàn)樽畲箪o摩擦力變大了,而摩擦力與重力平衡,即靜摩擦力沒變,故D錯(cuò)誤。2.(2022·江西上饒?jiān)驴?一木塊放在水平桌面上,在水平方向共受到三個(gè)力,即F1、F2和摩擦力的作用,木塊處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示,其中F1=10N,F2=2N。若撤去F1,則木塊受到的摩擦力為(C)A.10N,方向向左 B.6N,方向向右C.2N,方向向右 D.0解析:當(dāng)木塊受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時(shí),由平衡條件可知木塊所受的摩擦力的大小為8N,可知最大靜摩擦力Ffmax≥8N。當(dāng)撤去力F1后,F2=2N<Ffmax,木塊仍處于靜止?fàn)顟B(tài),由平衡條件可知木塊所受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變,且與作用在木塊上的F2等大反向,故選C。3.如圖所示,甲、乙兩物塊疊放在一起,乙受到一水平向左的作用力F,甲、乙在粗糙的水平地面上保持相對(duì)靜止地向右做直線運(yùn)動(dòng)。在向右運(yùn)動(dòng)的過程中,下列關(guān)于甲、乙所受到的摩擦力的說法正確的是(C)A.甲受到水平向右的摩擦力B.甲可能不受摩擦力作用C.乙受到地面水平向左的摩擦力D.乙可能不受地面的摩擦力作用解析:先對(duì)整體受力分析,根據(jù)相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向可知地面對(duì)乙的摩擦力方向水平向左;根據(jù)合外力方向判斷整體的加速度方向水平向左,隔離甲受力分析可知,乙對(duì)甲的摩擦力方向水平向左,故選C。4.(2022·江蘇鎮(zhèn)江二模)(多選)大型商場(chǎng)或者大型超市為了方便顧客上下樓,都會(huì)安裝自動(dòng)扶梯。某同學(xué)經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)自動(dòng)扶梯分為兩大類,一種無臺(tái)階,另一種有臺(tái)階,兩種自動(dòng)扶梯分別如圖所示。此外,該同學(xué)還發(fā)現(xiàn),為了節(jié)約能源,在沒有乘客乘行時(shí),這兩種自動(dòng)扶梯都以較小的速度勻速運(yùn)行,當(dāng)有乘客乘行時(shí),自動(dòng)扶梯經(jīng)過先加速再勻速兩個(gè)階段運(yùn)行。則自動(dòng)扶梯在勻速運(yùn)送乘客上樓的過程中(AC)A.圖甲所示的無臺(tái)階自動(dòng)扶梯中,乘客受到摩擦力作用B.圖乙所示的有臺(tái)階自動(dòng)扶梯中,乘客受到摩擦力作用C.圖甲所示的無臺(tái)階自動(dòng)扶梯中,乘客對(duì)扶梯的作用力方向豎直向下D.圖乙所示的有臺(tái)階自動(dòng)扶梯中,乘客對(duì)扶梯的作用力方向豎直向下解析:乘客在無臺(tái)階的扶梯上運(yùn)動(dòng)時(shí),在勻速階段,乘客的加速度為零,受重力、支持力、摩擦力作用,扶梯對(duì)乘客的作用力豎直向上,由牛頓第三定律可知,乘客對(duì)扶梯的作用力豎直向下,對(duì)有臺(tái)階的扶梯,在扶梯勻速上升階段,乘客不受摩擦力作用,綜上所述,A、C正確,B、D錯(cuò)誤。5.(2022·湖北黃岡質(zhì)檢)如圖所示是汽車45°極限爬坡時(shí)的照片,汽車緩慢逐步沿斜坡攀爬,斜坡的傾角逐漸增大至45°。下列關(guān)于汽車這一爬坡過程的說法正確的是(C)A.斜坡的傾角越大,汽車對(duì)坡面的壓力也越大B.汽車受到沿坡面向下、大小不斷減小的滑動(dòng)摩擦力作用C.汽車受到沿坡面向上、大小不斷增大的靜摩擦力作用D.若汽車能順利爬坡,則輪胎與坡面間的最大靜摩擦力至少為車重的大小解析:坡面上的汽車受到重力、坡面的支持力與摩擦力作用,設(shè)斜坡的傾角為θ,則其中支持力FN=Gcosθ,斜坡的傾角增大,則汽車受到的支持力減小,根據(jù)牛頓第三定律可知,斜坡的傾角增大,則汽車對(duì)坡面的壓力減小,故A錯(cuò)誤;汽車受到的摩擦力Ff=Gsinθ,方向沿坡面向上,當(dāng)θ增大時(shí),汽車受到的摩擦力增大,故B錯(cuò)誤,C正確;要使汽車不打滑,則θ=45°時(shí)靜摩擦力達(dá)到最大,為22G,可知若汽車能順利爬坡,則輪胎與坡面間的最大靜摩擦力大小至少為26.(2023·廣東茂名階段檢測(cè))“葉問蹲”是詠春拳的一個(gè)基礎(chǔ)動(dòng)作,在單腿下蹲時(shí),另一條腿伸直并保持與地面平行,虛放地面,如圖所示,該動(dòng)作對(duì)大腿肌肉力量、身體柔韌性以及腳踝的力量要求較高,保持這個(gè)姿態(tài)的時(shí)長是衡量鍛煉水平的標(biāo)準(zhǔn)。若某人在水平地面上保持“葉問蹲”姿勢(shì)不動(dòng),則下列說法正確的是(A)A.該人受到地面豎直向上的支持力B.該人受到水平向前的摩擦力C.該人受到水平向后的摩擦力D.該人對(duì)地面的壓力大于地面對(duì)該人的支持力解析:人在豎直方向受力平衡,受到水平地面豎直向上的支持力和豎直向下的重力,A正確;以題圖所示的姿勢(shì)蹲在水平地面上,人在水平方向無運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),則地面對(duì)人無摩擦力,B、C錯(cuò)誤;人對(duì)地面的壓力與地面對(duì)人的支持力是一對(duì)作用力與反作用力,大小相等,D錯(cuò)誤。7.(2022·陜西西安月考)(多選)某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上固定一個(gè)力傳感器,傳感器用輕繩拉住物塊,物塊放置在粗糙的長木板上。水平向左拉長木板,傳感器記錄的Ft圖像如圖乙所示。下列說法正確的是(BC)A.實(shí)驗(yàn)中必須讓長木板保持勻速運(yùn)動(dòng)B.圖乙中曲線可以反映摩擦力隨時(shí)間的變化曲線C.最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力之比約為10∶7D.只用圖乙中數(shù)據(jù)可得出物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)解析:物塊一直處于靜止?fàn)顟B(tài),則水平方向上向左的摩擦力一直與向右的輕繩的拉力平衡,所以不需要讓木板保持勻速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;圖乙是輕繩拉力隨時(shí)間的變化曲線,也可以反映摩擦力隨時(shí)間變化的關(guān)系,故B正確;由圖乙可知輕繩的拉力先增大后減小,最后趨于不變,故物塊先受靜摩擦力后受滑動(dòng)摩擦力,最大靜摩擦力約為10N,滑動(dòng)摩擦力約為7N,故最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力之比約為10∶7,C正確;根據(jù)Ff=μFN和FN=mg,由于不知道物塊受到的重力,故無法求物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù),D錯(cuò)誤。8.(2022·天津河西區(qū)一模)如圖所示,斜面固定在地面上,傾角為θ=37°。質(zhì)量為1kg的滑塊以初速度v0從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長,該滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.8),則該滑塊所受摩擦力Ff隨時(shí)間t變化的圖像是(取初速度v0的方向?yàn)檎较?g取10m/s2,取sin37°=0.6,cos37°=0.8)(B)解析:滑塊上滑過程中受滑動(dòng)摩擦力,由Ff=μFN和FN=mgcosθ,得Ff=6.4N,方向沿斜面向下。當(dāng)滑塊的速度減為零后,由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ<μmgcosθ,滑塊將靜止,滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力,由平衡條件得Ff=mgsinθ,代入可得Ff=6N,方向沿斜面向上,故B正確。9.(多選)有一種圓珠筆,內(nèi)部有一根小彈簧。如圖所示,當(dāng)筆桿豎直放置時(shí),在圓珠筆尾部的按鈕上放一個(gè)100g的砝碼,砝碼靜止時(shí),彈簧壓縮量為2mm?，F(xiàn)用這支圓珠筆水平推一本放在水平桌面上質(zhì)量為900g的書,當(dāng)按鈕壓縮量為3.6mm(未超過彈簧的彈性限度)時(shí),這本書恰好勻速運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是(g取10m/s2)(AD)A.筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)是500N/mB.筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)是50N/mC.書與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.02D.書與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.2解析:由于砝碼處于靜止?fàn)顟B(tài),則kΔx=mg,所以有k=mgΔx=500N/m,A正確,B錯(cuò)誤;要使書恰好能勻速運(yùn)動(dòng),則水平方向上有kΔx′=μm10.如圖所示,水平傳送帶上放一物塊,當(dāng)傳送帶向右以速度v勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),物塊在輕彈簧水平拉力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)彈簧的伸長量為Δx。現(xiàn)令傳送帶向右加速到2v,這時(shí)彈簧的伸長量為Δx′。則以下關(guān)于前、后彈簧伸長量的說法,正確的是(D)A.彈簧伸長量將減小,即Δx′<ΔxB.彈簧伸長量將增加,即Δx′>ΔxC.彈簧伸長量在傳送帶向右加速時(shí)將有所變化,最終Δx′=ΔxD.彈簧伸長量在整個(gè)過程中始終保持不變,即始