【講與練】高中物理人教版(2019)必修1：3.2 摩擦力學(xué)案

2．摩擦力課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道滑動(dòng)摩擦力的概念及產(chǎn)生條件，會(huì)判斷滑動(dòng)摩擦力的方向。2．知道滑動(dòng)摩擦力的大小跟什么有關(guān)，會(huì)求滑動(dòng)摩擦力。3．知道靜摩擦力的概念及產(chǎn)生條件，會(huì)判斷靜摩擦力的方向。4．知道最大靜摩擦力的概念，知道靜摩擦力的大小范圍。素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1．分析摩擦現(xiàn)象，理解摩擦力產(chǎn)生的條件。2．知道動(dòng)摩擦因數(shù)。3．通過(guò)實(shí)例，了解最大靜摩擦力?？茖W(xué)思維1．根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向判斷滑動(dòng)摩擦力的方向，并根據(jù)Ff＝μFN計(jì)算其大小。2．判斷靜摩擦力的方向，分析靜摩擦力的大小。知識(shí)點(diǎn)1滑動(dòng)摩擦力1．定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們_相對(duì)滑動(dòng)__時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種_阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)__的力，這種力叫作滑動(dòng)摩擦力。2．方向：總是沿著_接觸面__，并且跟物體_相對(duì)運(yùn)動(dòng)__的方向相反。3．大小(1)滑動(dòng)摩擦力的大小跟接觸面上壓力的大小成_正比__，還跟接觸面的粗糙程度、材質(zhì)等有關(guān)。(2)公式：Ff＝_μFN__。(3)動(dòng)摩擦因數(shù)μ：它的值跟兩接觸面的_材料__和_粗糙程度__有關(guān)。動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(Ff,FN)，F(xiàn)f在接觸面內(nèi)且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向_相反__，F(xiàn)N與接觸面_垂直__。注意：有摩擦力必定有彈力，有彈力不一定有摩擦力?！何⒂?xùn)練』(2023·重慶南岸高一階段練習(xí))如圖所示，一個(gè)物體沿固定斜面勻速下滑，下列說(shuō)法中正確的是(C)A．物體所受的重力和支持力是不同性質(zhì)的力，但是它們大小相等B．物體所受的重力和支持力是相同性質(zhì)的力，但是它們大小不等C．物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小與下滑速度無(wú)關(guān)D．物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小與下滑速度有關(guān)解析：物體所受的重力和支持力是不同性質(zhì)的力，支持力大小為mgcosθ，則它們大小也不相等，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小與下滑速度無(wú)關(guān)，只與兩物體之間的正壓力以及動(dòng)摩擦因數(shù)有關(guān)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)2靜摩擦力1．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(méi)有_相對(duì)運(yùn)動(dòng)__時(shí)，這時(shí)的摩擦力叫作靜摩擦力。2．方向：總是沿著_接觸面__，跟物體_相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)__的方向相反。3．最大靜摩擦力：靜摩擦力有一個(gè)最大值Fmax，在數(shù)值上等于物體_即將開(kāi)始運(yùn)動(dòng)__時(shí)的拉力。4．靜摩擦力的大小：兩物體之間實(shí)際產(chǎn)生的靜摩擦力F在_0__與最大靜摩擦力_Fmax__之間，即_0<F≤Fmax__。注意：“相對(duì)靜止”≠“靜止”其含義包括兩個(gè)物體都靜止，或者是兩個(gè)物體以相同的速度運(yùn)動(dòng)。『微訓(xùn)練』1．根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，判斷下列說(shuō)法正誤：(1)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)時(shí)，一定產(chǎn)生摩擦力。(×)(2)摩擦力一定作用于兩個(gè)相互接觸的物體之間。(√)(3)靜止的物體受到的摩擦力一定是靜摩擦力。(×)(4)運(yùn)動(dòng)的物體受到的摩擦力一定是滑動(dòng)摩擦力。(×)(5)摩擦力一定是阻力。(×)(6)靜摩擦力總是發(fā)生在相對(duì)靜止且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體之間。(√)2．(2023·新疆高一階段練習(xí))對(duì)靜摩擦力的方向，下列說(shuō)法正確的是(A)A．跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反B．跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相同C．跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向垂直D．跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向沒(méi)有關(guān)系解析：靜摩擦力的方向總是跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。故選A。探究滑動(dòng)摩擦力要點(diǎn)提煉1．滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件兩物體eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①接觸面粗糙,②相互擠壓,③具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(滑動(dòng))))缺一不可2．滑動(dòng)摩擦力的方向(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。(2)與物體的運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反。例如：3．滑動(dòng)摩擦力的大小(1)公式法：根據(jù)公式Ff＝μFN計(jì)算。①正壓力FN是物體與接觸面間的壓力，不一定等于物體的重力，F(xiàn)N的大小根據(jù)物體的受力情況確定。②動(dòng)摩擦因數(shù)μ與材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)，而與物體間的壓力、接觸面的大小無(wú)關(guān)。(2)二力平衡法：物體處于平衡狀態(tài)(勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí)，根據(jù)二力平衡條件求解。(1)滑動(dòng)摩擦力的方向與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反。(2)滑動(dòng)摩擦力的作用總是阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。典例剖析典題1(2023·江蘇蘇州高一統(tǒng)考期末)圖示為某同學(xué)課桌上整齊豎直擺放的一堆書(shū)，中間夾了一本物理課本，課本的質(zhì)量為0.4kg，兩側(cè)相鄰書(shū)對(duì)物理課本的壓力為10N，書(shū)與物理課本之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.3，重力加速度g取10m/s2。為了將物理課本豎直向上抽出，該同學(xué)提供的拉力至少大于(C)A．4N B．7NC．10N D．14N解析：物理課本與書(shū)的兩個(gè)接觸面都有滑動(dòng)摩擦力，則有Ff＝2μFN＝2×0.3×10N＝6N，為了將物理課本豎直向上抽出，該同學(xué)提供的拉力F＝Ff＋mg＝(6＋0.4×10)N＝10N，故選C。思維升華：(1)滑動(dòng)摩擦力的大小由正壓力和動(dòng)摩擦因數(shù)決定，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、接觸面積無(wú)關(guān)。(2)滑動(dòng)摩擦力的方向與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向”相反，并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2023·四川涼山高一階段練習(xí))如圖所示，在μ＝0.1的水平桌面上，有一向右運(yùn)動(dòng)的物體，質(zhì)量為20kg，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，還受到一個(gè)方向向左的大小為5N的拉力作用，則物體受到的滑動(dòng)摩擦力為(取g＝10N/kg)(C)A．5N，向右B．5N，向左C．20N，向左D．20N，向右解析：物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小為Ff＝μmg＝0.1×20×10N＝20N，摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，水平向左。故選C。探究靜摩擦力要點(diǎn)提煉1．靜摩擦力產(chǎn)生的條件兩物體eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①接觸面粗糙,②相互擠壓,③具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)))缺一不可2．靜摩擦力的方向(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。(2)與物體運(yùn)動(dòng)的方向可能相同，也可能相反。例如：3．靜摩擦力的大小(1)大小的范圍：0<F≤Fmax。(2)計(jì)算：物體處于平衡狀態(tài)(勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí)，根據(jù)二力平衡條件求解。(3)最大靜摩擦力Fmax略大于滑動(dòng)摩擦力，一般情況下，為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為二者相等。(1)不能認(rèn)為受靜摩擦力的物體一定靜止，運(yùn)動(dòng)的物體之間也可能存在靜摩擦力。(2)靜摩擦力的效果不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，而是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。(3)靜摩擦力是被動(dòng)力，在一定范圍內(nèi)其大小隨外力變化而變化，并不是一個(gè)定值。典例剖析典題2(2023·湖南長(zhǎng)沙高一期末)中國(guó)傳統(tǒng)雜技“爬桿”屢獲國(guó)際大獎(jiǎng)，某次表演中雜技演員雙手緊握竹竿勻速攀升和勻速下滑時(shí)，所受的摩擦力分別是Ff1和Ff2，則(C)A．Ff1向上，F(xiàn)f2向下B．Ff1向下，F(xiàn)f2向上C．Ff1、Ff2的大小相等D．Ff1是靜摩擦力，數(shù)值上大于Ff2解析：雜技演員雙手緊握竹竿勻速攀升時(shí)，手與竹竿之間存在靜摩擦力，根據(jù)平衡條件得，雜技演員所受的靜摩擦力Ff1方向沿竹竿向上，大小有Ff1＝mg，雜技演員勻速下滑時(shí)，根據(jù)平衡條件得，雜技演員所受的滑動(dòng)摩擦力Ff2方向沿竹竿向上，大小有Ff2＝mg。故選C。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2023·浙江杭州高一校聯(lián)考階段練習(xí))下面關(guān)于滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力判斷正確的是(C)A．靜止的物體可能受到靜摩擦力，而不可能受到滑動(dòng)摩擦力B．滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力都與正壓力成正比C．靜摩擦力方向可以與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直D．人正常步行，腳與地面產(chǎn)生的是滑動(dòng)摩擦力解析：靜止的物體可能受到靜摩擦力，也可能受到滑動(dòng)摩擦力的作用，故A錯(cuò)誤；滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比，但對(duì)于靜摩擦力來(lái)說(shuō)，其大小是隨著外力的改變而改變的，大小可在零與最大靜摩擦力之間變化，一般要根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定，故B錯(cuò)誤；靜摩擦力的方向可以與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直，例如：拿著杯子(在空中)左右搖晃，杯子在左右移動(dòng)，而手與杯子的靜摩擦力在豎直方向上，此時(shí)杯子受到的靜摩擦就與杯子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，故C正確；人走路時(shí)，鞋底對(duì)地面而言有向后滑動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)腳與地面間產(chǎn)生的是靜摩擦力，而不是滑動(dòng)摩擦力，故D錯(cuò)誤。對(duì)日常交通工具的摩擦力分析案例某同學(xué)騎自行車上學(xué)時(shí)，地面對(duì)前輪的摩擦力為F1，對(duì)后輪的摩擦力為Ff1；推自行車前進(jìn)時(shí)，地面對(duì)前輪的摩擦力為F2，對(duì)后輪的摩擦力為Ff2，則(B)A．F1與車前進(jìn)方向相同 B．Ff1與車前進(jìn)方向相同C．F2與車前進(jìn)方向相同 D．Ff2與車前進(jìn)方向相同解析：自行車在騎著行駛時(shí)，后輪是主動(dòng)輪，在接觸地面的那一點(diǎn)，它有相對(duì)于地面向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以它受到的靜摩擦力Ff1與車前進(jìn)方向相同，而前輪是從動(dòng)輪，它是被推著往前的，它受到的靜摩擦力F1與車前進(jìn)方向相反，故A錯(cuò)誤，B正確；推著自行車前進(jìn)時(shí)，前、后輪都是從動(dòng)輪，受到的靜摩擦力F2、Ff2都是向后的，與車前進(jìn)方向相反，故C、D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)科學(xué)思維我們?nèi)粘５慕煌üぞ撸鹤孕熊嚒㈦妱?dòng)自行車、摩托車、小汽車等，這些交通工具在使用過(guò)程中前、后輪會(huì)受到地面的摩擦力的作用，有的起動(dòng)力作用、有的起阻力作用。下面分類討論：1．自行車有騎著行駛和推著行駛兩種狀態(tài)，那么，自行車的前、后輪所受摩擦力的方向如何？(1)自行車在騎著行駛時(shí)：后輪是主動(dòng)輪，在接觸地面的那一點(diǎn)，它有相對(duì)于地面向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以它受到地面對(duì)它向前的靜摩擦力，起動(dòng)力作用；而前輪是從動(dòng)輪，它是被推著往前運(yùn)動(dòng)的，它受到地面對(duì)它向后的靜摩擦力，起阻力作用。(2)自行車在推著行駛時(shí)：前、后輪都是從動(dòng)輪，受到的靜摩擦力都是向后的，都起阻力作用。2．電動(dòng)自行車、摩托車由于都是后輪驅(qū)動(dòng)，前、后輪所受摩擦力情況與自行車騎著行駛時(shí)相似。3．小汽車由于驅(qū)動(dòng)輪的配置不同，前、后輪所受摩擦力的情況也不同。(1)前輪驅(qū)動(dòng)的汽車①正常行駛時(shí)，前輪所受靜摩擦力方向向前，起動(dòng)力作用；后輪所受靜摩擦力方向向后，起阻力作用。②關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)滑行時(shí)，前、后輪所受靜摩擦力的方向均向后，均起阻力作用。(2)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車：前、后輪所受摩擦力情況與自行車騎著行駛時(shí)相似。(3)四輪驅(qū)動(dòng)的汽車①正常行駛時(shí)，前、后輪所受靜摩擦力方向均向前，均起動(dòng)力作用，這就是四輪驅(qū)動(dòng)汽車動(dòng)力強(qiáng)勁的原因。②關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)滑行時(shí)前后輪所受靜摩擦力方向均向后，均起阻力作用。③“四輪驅(qū)動(dòng)”也可以單獨(dú)控制“前輪驅(qū)動(dòng)”或“后輪驅(qū)動(dòng)”，此時(shí)其情況同(1)或(2)。一、滑動(dòng)摩擦力的方向判定與大小計(jì)算1．(2023·廣東廣州高一期末)如圖，將一重力不計(jì)的白紙夾在物理課本與水平桌面之間，現(xiàn)用水平拉力F將白紙從課本底下向右抽出(課本未從桌面滑落)，已知課本重力為G，所有接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，則在白紙被抽出的過(guò)程中(B)A．課本對(duì)白紙的摩擦力方向向右B．抽動(dòng)瞬間，白紙受到的摩擦力為2μGC．抽動(dòng)瞬間拉力F越大，課本與白紙間的摩擦力越大D．課本與白紙間的摩擦力大小始終等于μG解析：根據(jù)題意可知，白紙相對(duì)課本向右運(yùn)動(dòng)，則課本對(duì)白紙的摩擦力方向向左，故A錯(cuò)誤；抽動(dòng)瞬間，白紙受到的是滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式Ff＝μFN，且白紙受到課本與桌面的兩個(gè)滑動(dòng)摩擦力，因此其大小為2μG，故B正確；課本與白紙間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小與接觸面間的粗糙程度和接觸面間的正壓力有關(guān)，與拉力無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)，課本與白紙間的壓力等于重力，此時(shí)摩擦力等于μG，當(dāng)白紙抽出一部分時(shí)，課本與紙面間的壓力小于重力，靜摩擦力小于μG，故D錯(cuò)誤。二、靜摩擦力的方向判定與大小計(jì)算2．(2023·廣東深圳高一校考期末)如圖所示，用手握住玻璃杯做以下動(dòng)作時(shí)，下列對(duì)杯子所受的摩擦力描述正確的是(D)A．水平勻速移動(dòng)杯子，摩擦力為0B．勻速向上移動(dòng)杯子，摩擦力向下C．勻速向下移動(dòng)杯子，摩擦力為下D．保持杯子靜止，無(wú)論手握的力多大，摩擦力都不變解析：玻璃杯勻速移動(dòng)或者靜止時(shí)都處于平衡狀態(tài)，而豎直方向只受重力和靜摩擦力，故摩擦力大小始終等于重力的大小，方向向上，不會(huì)發(fā)生變化，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。三、滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力綜合3．(2023·山東臨沂高一校考期末)關(guān)于摩擦力，下列說(shuō)法正確的是(D)A．運(yùn)動(dòng)的物體不可能受靜摩擦力B．滑動(dòng)摩擦力的大小與重力成正比C．摩擦力的方向不可能與運(yùn)動(dòng)的方向垂直D．滑動(dòng)摩擦力的方向一定與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反解析：運(yùn)動(dòng)的物體也可以受到靜摩擦力作用，比如相對(duì)靜止一起運(yùn)動(dòng)的兩物體間如果存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，則可能受到靜摩擦力作用，故A錯(cuò)誤；兩物體之間有滑動(dòng)摩擦力時(shí)，滑動(dòng)摩擦力的大小與相應(yīng)的正壓力成正比，故B錯(cuò)誤；靜摩擦力的方向可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直或成任意角度，故C錯(cuò)誤；滑動(dòng)摩擦力的方向一定與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，故D正確。4．(2023·湖北高一?？计谥?一重為100N的木箱放在水平地板上，至少要用32N的水平推力，才能使它從原地開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。木箱從原地移動(dòng)以后，用30N的水平推力，就可以使木箱繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。由此可知(C)A．木箱與地板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為