高中物理學(xué)案第3章第3節(jié)第1課時滑動摩擦力及其影響因素

第3節(jié)摩擦力第1課時滑動摩擦力及其影響因素一、滑動摩擦力的內(nèi)涵要素1．接觸面性質(zhì)：接觸面粗糙(選填“粗糙”或“光滑”)。2．接觸力的情況：相互接觸且相互擠壓。3．運動情況：發(fā)生相對運動時，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的力。汽車在冰雪路面行駛時常采用防滑鏈，采用這種措施的目的是什么？提示：是為了增大滑動摩擦力。二、滑動摩擦力的矢量性1．方向：總是與接觸面相切，并且與相對運動方向相反。2．大?。?1)文字表述：滑動摩擦力的大小與壓力的大小成正比。(2)數(shù)學(xué)關(guān)系式：f＝μN。(3)μ由接觸面的材料決定，與面積、壓力的大小無關(guān)。某同學(xué)學(xué)習(xí)摩擦力后，總結(jié)出以下結(jié)論：①一個物體在另一個物體表面滑動時，一定產(chǎn)生摩擦力。②滑動摩擦力的方向沿接觸面，與物體運動方向相反。③滑動摩擦力的大小與物體的重力成正比。④動摩擦因數(shù)的大小與滑動摩擦力大小無關(guān)。⑤物體靜止時可以受到滑動摩擦力。以上說法正確的是⑤。如圖所示，電影明星在沿傾斜的大樓表面下滑。思考：他所受摩擦力方向如何？如果大樓表面沿豎直方向，他還受摩擦力嗎？提示：沿大樓表面向上。不受。如果大樓表面豎直，則電影明星和大樓表面接觸但沒有擠壓，故無法產(chǎn)生滑動摩擦力。一、認識滑動摩擦力(物理觀念——相互作用觀念)1．滑動摩擦力產(chǎn)生的條件：(1)接觸面粗糙。(2)兩物體相互接觸。(3)兩物體相互擠壓，即兩者之間存在彈力。(4)兩物體沿接觸面發(fā)生相對滑動。2．滑動摩擦力的方向與運動方向的關(guān)系：(1)在接觸面上，與接觸面相切且與物體相對運動的方向相反。(2)與物體的運動方向可能相同，也可能相反。(1)與“相對運動的方向相反”并不是與“運動方向相反”。(2)滑動摩擦力總是阻礙物體的相對運動，而不是阻礙物體的運動。【典例】(多選)下列有關(guān)滑動摩擦力的說法中正確的是()A.有壓力則一定有滑動摩擦力B．有滑動摩擦力則一定有壓力C．滑動摩擦力總是跟接觸面間的壓力垂直D．只有運動物體才受滑動摩擦力【解析】選B、C。產(chǎn)生滑動摩擦力的條件有三個：有壓力(相互接觸且擠壓)、接觸面粗糙、發(fā)生相對滑動，三個條件缺一不可，故A錯誤，B正確；滑動摩擦力的方向總沿著接觸面，接觸面間的彈力總垂直于接觸面，所以滑動摩擦力總垂直于壓力，選項C正確；滑動摩擦力發(fā)生于相對滑動的兩物體之間，兩個物體中可能有一個相對地面是靜止的，故D錯誤。1．下列關(guān)于摩擦力和動摩擦因數(shù)的說法中正確的是()A.只要物體間接觸面是粗糙的，它們間就一定有摩擦力的作用B．兩個相對滑動的物體的接觸面之間一定存在滑動摩擦力C．兩個物體之間的動摩擦因數(shù)與接觸面的面積有關(guān)D．一般情況下，動摩擦因數(shù)μ只跟相互接觸的兩個物體的材料和接觸面情況有關(guān)，與其他條件無關(guān)【解析】選D。根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件可知，A錯誤；兩個相對滑動的物體的接觸面若是光滑的，則不會有滑動摩擦力，故B錯誤；動摩擦因數(shù)是由相互接觸的兩個物體的材料和接觸面的情況決定的，與其他條件無關(guān)，故C錯誤，D正確。2．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【解析】選C?；瑒幽Σ亮Φ姆较蚩偸桥c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，如人走路、傳送帶等，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?！狙a償訓(xùn)練】(多選)如圖所示，下列常見事例中受到滑動摩擦力的物體有()A.剎車時，車輪抱死的摩托車B．在豎直繩的拉力作用下沿豎直墻壁運動的重物C．在水平地面上被推動的木箱D．冬天，相互摩擦取暖的雙手【解析】選A、C、D。按照產(chǎn)生滑動摩擦力的條件來分析物體是否受到摩擦力。四個事例中的研究對象都與其他物體接觸、相對于接觸物體有相對運動、接觸面都不是光滑的。但是選項B中的重物與墻壁間沒有擠壓，因此該重物與墻壁間沒有滑動摩擦力。其余選項中的研究對象跟與之接觸的物體都有相互擠壓，因此都受到滑動摩擦力的作用。綜上所述，選項A、C、D正確。二、科學(xué)探究——滑動摩擦力大小與物體間壓力的關(guān)系(科學(xué)探究)1．實驗?zāi)康模貉芯炕瑒幽Σ亮Υ笮∨c接觸面的情況、壓力的定量關(guān)系。2．設(shè)計思路：(1)實驗方法：控制變量法。①控制接觸面粗糙程度不變，研究滑動摩擦力與壓力的定量關(guān)系。②控制滑動摩擦力與壓力不變，研究eq\f(f,N)與接觸面粗糙程度的關(guān)系。(2)測量的物理量。①測量滑動摩擦力的大?。焊鶕?jù)物體A水平方向二力平衡，滑動摩擦力的大小等于彈簧測力計的示數(shù)。②測量壓力的大?。篴．實驗原理：根據(jù)豎直方向上二力平衡，壓力N＝mg。b．?dāng)?shù)據(jù)的收集方法：利用天平測量物體A的質(zhì)量，由N＝mg獲得壓力的大小。(3)通過在物體A上加砝碼的方法改變壓力。(4)通過將木板改為玻璃板改變接觸面的粗糙程度。3．實驗結(jié)論：(1)當(dāng)接觸面材料相同，壓力不同時：滑動摩擦力f的大小跟壓力N成正比，即f＝μN。(2)當(dāng)壓力相同，接觸面材料不同時：滑動摩擦力與壓力的比值eq\f(f,N)不同，說明接觸面的動摩擦因數(shù)不同。【典例】科學(xué)探究活動通常包括以下環(huán)節(jié)：提出問題，作出假設(shè)，制訂計劃并設(shè)計實驗，進行實驗，收集證據(jù)，分析論證，評估交流等。一位同學(xué)學(xué)習(xí)了滑動摩擦力后，懷疑滑動摩擦力的大小可能與接觸面積有關(guān)，于是他準(zhǔn)備用實驗探究這個問題。(1)這位同學(xué)認為：滑動摩擦力的大小與接觸面積成正比，這屬于科學(xué)探究活動的________________環(huán)節(jié)。(2)為完成本實驗，需要自己制作木塊，他應(yīng)制作的木塊是下列選項中的________________。A．各面粗糙程度相同的正方體木塊B．各面粗糙程度不相同的正方體木塊C．各面粗糙程度相同、長寬高各不相等的長方體木塊D.各面粗糙程度不相同、長寬高各不相等的長方體木塊(3)為了測量木塊與木板之間的滑動摩擦力，他設(shè)計了如圖兩種方案：甲是將長木板固定在水平面上，用彈簧測力計水平拉動木板上的木塊；乙是用彈簧測力計水平拉住木塊，他水平拉動木塊下的木板。你認為更利于操作的方案是__________________；理由是___________________________?！窘馕觥?1)這個環(huán)節(jié)是在探究前對可能的結(jié)果進行猜想和假設(shè)，屬于作出假設(shè)環(huán)節(jié)。(2)應(yīng)當(dāng)用控制變量法進行研究，探究滑動摩擦力與接觸面積的關(guān)系時，應(yīng)當(dāng)保持接觸面粗糙程度和壓力大小不變，改變接觸面積的大小。故應(yīng)選C。(3)應(yīng)當(dāng)選擇乙方案。甲方案操作時需要勻速拉動木塊(不易做到)，且要在木塊運動時讀取彈簧測力計的示數(shù)；乙方案只需要拉動木板運動即可，不要求勻速拉動，且容易讀取彈簧測力計的示數(shù)。答案：(1)作出假設(shè)(2)C(3)乙理由見解析某同學(xué)設(shè)計了測動摩擦因數(shù)的實驗，實驗裝置如圖所示。其中A為一質(zhì)量為M的長直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一輕質(zhì)彈簧測力計。實驗時用力將A從B的下方抽出，通過C的讀數(shù)F1即可測出動摩擦因數(shù)。已知重力加速度為g。則該設(shè)計能測出________(選填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù)，其表達式為μ＝________?！窘馕觥慨?dāng)用力將A從B的下方抽出時，B處于靜止?fàn)顟B(tài)且相對A向右運動，彈簧測力計的讀數(shù)F1與B所受的滑動摩擦力f大小相等，B對木板A的壓力大小等于B的重力mg，由f＝μN得，μ＝eq\f(f,N)＝eq\f(F1,mg)。答案：A與Beq\f(F1,mg)【拓展例題】考查內(nèi)容：滑動摩擦力的綜合應(yīng)用【典例】如圖所示，一重力為20N的物體放在水平地面上，在一大小為F＝8N的水平向右拉力作用下，向右勻速運動。(1)求物體所受的摩擦力的大小和方向。(2)求物體與地面間的動摩擦因數(shù)μ。(3)若突然將外力F的方向改為水平向左，大小變?yōu)?6N，求此時物體所受摩擦力大小和方向?！窘馕觥?1)根據(jù)二力平衡，物體所受摩擦力f＝F＝8N，方向與拉力方向相反，即水平向左。(2)動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(8N,20N)＝0.4。(3)外力突然改為水平向左時，物體仍在向右運動，對水平面的壓力沒有變，故此時它受到的摩擦力大小、方向都與外力改變前相同。答案：(1)8N水平向左(2)0.4(3)8N水平向左“遲鈍”的沙漏反應(yīng)“遲鈍”的沙漏加工一支直徑約5cm、長約4cm的玻璃管，一端封閉，一端開口。另加工一只沙漏，它是一個形狀像“8”字的密閉容器，其內(nèi)裝有適量的細砂，使沙漏的平均密度略小于水。將玻璃管裝滿水，把沙漏放入管內(nèi)，沙漏將在管內(nèi)懸浮?，F(xiàn)在用手蓋住玻璃管口，不讓水流出，將管子倒轉(zhuǎn)過來，此時沙漏也被倒轉(zhuǎn)過來并處在玻璃管的下端。奇妙的是沙漏并沒有立即上浮，而是停在水底約一分鐘的時間才上升。為什么沙漏的上浮會出現(xiàn)“遲鈍”的現(xiàn)象呢？提示：其實是摩擦力從中“作?！保?dāng)沙漏倒轉(zhuǎn)過來時，其內(nèi)的沙子不是處在最低處，使沙漏“頭重腳輕”，故身子發(fā)生傾斜，對玻璃管壁產(chǎn)生壓力。沙漏要上浮，管壁會對沙漏產(chǎn)生靜摩擦力阻礙沙漏的上浮。由于沙漏的中部比較細，沙子流到下部需要一定的時間。當(dāng)沙子的大部分流到沙漏的下部時，沙漏又處于豎直狀態(tài)，此時管壁與沙漏之間沒有壓力，故摩擦力也隨之消失，沙漏受到的浮力大于沙漏的重力，因此又上浮到玻璃管的上方。1．(水平1)關(guān)于彈力和摩擦力，下面幾種說法中正確的是()A．摩擦力的方向總與物體運動的方向相反B．有摩擦力一定就有彈力C．彈力的大小總是與物體的重力成正比D．同一接觸面處彈力和摩擦力的方向一定不垂直【解析】選B。摩擦力的方向總與物體相對運動的方向相反，有時與物體運動方向相同，有時與物體運動方向相反，A錯誤；由于摩擦力的產(chǎn)生條件之一就是接觸面間有擠壓，故存在摩擦力的接觸面間一定存在彈力，B正確；彈力的大小不一定總是與物體的重力成正比，比如按在豎直墻壁上的物體，彈力與重力無關(guān)，C錯誤；彈力垂直于接觸面，而摩擦力與接觸面相切，故二者方向一定垂直，D錯誤。2．(水平1)關(guān)于產(chǎn)生摩擦力的條件，下列說法正確的是()A．相互壓緊的粗糙物體之間總有摩擦力存在B．相對運動的物體間一定有滑動摩擦力存在C．只有相互擠壓和有相對運動或相對運動趨勢的粗糙物體之間才有摩擦力的作用D．只有相互擠壓和發(fā)生相對運動的物體之間才有摩擦力的作用【解析】選C。相互壓緊的物體間如果沒有相對運動或相對運動趨勢，不會存在摩擦力，所以A項錯誤；但僅有相對運動或相對運動趨勢而沒有壓緊也不會有摩擦力，故B項錯誤；當(dāng)物體間既相互壓緊又有相對運動或相對運動趨勢，但接觸面光滑也不會有摩擦力，因此C項正確，而D項錯誤。3.(水平1)中國書法是一種藝術(shù)。在楷書筆畫中，長橫的寫法要領(lǐng)如下：起筆時一順，然后向右行筆，收筆時略向右按，再向左上回帶。某同學(xué)在水平桌面上平鋪一張白紙，為防止打滑，他在白紙的左側(cè)靠近邊緣處用鎮(zhèn)紙壓住。則下列關(guān)于從左至右行筆過程中各物體的受力情況說法正確的是()A．毛筆對紙的壓力一定大于毛筆的重力B．鎮(zhèn)紙受到了向右的靜摩擦力C．白紙受到了3個摩擦力D．桌面受到了向右的靜摩擦力【解析】選D。提筆寫字時，手對毛筆有向上的作用力，且手對毛筆的作用力未知，則毛筆對紙的壓力不一定大于毛筆的重力，選項A錯誤；鎮(zhèn)紙相對白紙無運動趨勢，則鎮(zhèn)紙不受靜摩擦力作用，選項B錯誤；白紙受到筆向右的滑動摩擦力，同時受到桌面向左的靜摩擦力作用，選項C錯誤；白紙在水平方向上受到毛筆對白紙向右的摩擦力和桌面對白紙向左的摩擦力，所以白紙?zhí)幱谄胶鉅顟B(tài)，根據(jù)牛頓第三定律可知，白紙對桌面的靜摩擦力向右，選項D正確。4．(水平2)某同學(xué)在探究摩擦力的實驗中采用了如圖所示的操作，將一個長方體木塊放在水平桌面上，然后用一個力傳感器對木塊施加一個水平拉力F，并用另外一個傳感器對木塊的運動狀態(tài)進行監(jiān)測，表中是她記錄的實驗數(shù)據(jù)。木塊的重力為10.00N，重力加速度g取9.80m/s2，