【創(chuàng)新設(shè)計】2020-2021高中物理人教版必修1-學(xué)案-3.3-摩擦力-(人教版必修1)

3.3摩擦力[目標(biāo)定位]1.知道摩擦力的定義及分類.2.理解靜摩擦力和滑動摩擦力的產(chǎn)生條件.3.會推斷摩擦力的方向及計算摩擦力的大小.4.了解最大靜摩擦力的概念．一、摩擦力兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運(yùn)動或具有相對運(yùn)動的趨勢時，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的力，叫做摩擦力．二、靜摩擦力1．定義：兩個物體之間只有相對運(yùn)動的趨勢，而沒有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的摩擦力．2．方向：總是沿著接觸面，并且跟物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反．3．大?。寒?dāng)相對運(yùn)動趨勢增加時，靜摩擦力也隨著增大，但有一個限度，這個靜摩擦力的最大值叫做最大靜摩擦力．而兩物體間實際發(fā)生的靜摩擦力F在0與Fmax之間，即0＜F≤Fmax.想一想：若物體受到摩擦力作用，則肯定受彈力作用嗎？答案肯定；產(chǎn)生摩擦力的條件是：兩個物體接觸且擠壓；發(fā)生相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢；接觸面粗糙．所以受到摩擦力時肯定受到彈力作用．三、滑動摩擦力1．定義：當(dāng)一個物體在另一個物體表面滑動時，會受到另一個物體阻礙它滑動的力，叫做滑動摩擦力．2．方向：總是沿著接觸面，并且跟物體的相對運(yùn)動的方向相反．3．大?。簝蓚€物體間的滑動摩擦力的大小跟壓力成正比，用公式表示為F＝μFN，其中μ是比例常數(shù)(它是兩個力的比值，沒有單位)，叫做動摩擦因數(shù)，它的數(shù)值跟相互接觸的兩個物體的材料有關(guān)，還跟接觸面的狀況(如粗糙程度)有關(guān)．想一想：跑步時，腳受到的摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力？方向如何？圖341答案跑步時，腳和地面接觸的時間內(nèi)，腳并沒有和地面發(fā)生相對運(yùn)動，因此腳受到的摩擦力為靜摩擦力，方向和人的運(yùn)動方向相同．

一、對靜摩擦力理解1．產(chǎn)生的條件：(1)接觸面是粗糙的．(2)兩物體有相對運(yùn)動的趨勢．(3)兩物體在接觸面上有正壓力(彈力)．2．大?。?1)靜摩擦力具有被動性，即其大小總隨迫使物體發(fā)生相對運(yùn)動的外力的變化而變化，與正壓力大小無關(guān)．(2)靜摩擦力有一個最大值，即最大靜摩擦力Fmax，靜摩擦力的范圍是0<F≤Fmax.最大靜摩擦力與正壓力成正比．圖342(3)靜摩擦力的大小一般依據(jù)平衡條件法求解．如圖342中水平力F＝1N、2N、3N時物塊沒有運(yùn)動，靜摩擦力大小分別為1N、2N、3N.3．方向：靜摩擦力的方向必定和接觸面相切，總與相對運(yùn)動趨勢的方向相反．留意：(1)與“相對運(yùn)動趨勢的方向相反”，并不是與“運(yùn)動方向”相反；(2)靜摩擦力的效果是阻礙物體間的相對運(yùn)動趨勢，并不是阻礙物體的運(yùn)動．圖343如圖343所示，貨物被傳送帶由低處傳送到高處的過程中，(傳送帶勻速轉(zhuǎn)動，貨物和傳送帶相對靜止)此時，物體受到靜摩擦力的方向沿斜面對上，與運(yùn)動方向相同，是動力．例1(2021浙江高一期末)關(guān)于靜摩擦力的說法，正確的是()A．兩個相對靜止的物體間肯定有靜摩擦力的作用B．受靜摩擦作用的物體肯定是靜止的C．在物體間壓力肯定時，靜摩擦力的大小可以變化，但有一個限度D．靜摩擦力肯定是阻力解析當(dāng)兩個物體有相對運(yùn)動趨勢時才有可能產(chǎn)生靜摩擦力，A錯；受靜摩擦作用的物體有可能是運(yùn)動的，比如人走路時，受到的就是靜摩擦力，B錯；在物體間壓力肯定時，靜摩擦力的大小可以變化，但有一個限度，這個限度就是最大靜摩擦力，C對；靜摩擦力可能是阻力也可能是動力，D錯．答案C借題發(fā)揮通常狀況下，靜摩擦力的方向可能和物體運(yùn)動的方向相反，此時靜摩擦力是阻力；但靜摩擦力的方向也可能和物體運(yùn)動方向相同，此時靜摩擦力作為動力．不管靜摩擦力的方向與運(yùn)動方向是相同還是相反，其方向肯定是與物體間相對運(yùn)動趨勢的方向相反．不管靜摩擦力是動力還是阻力，其肯定是阻礙物體間的相對運(yùn)動趨勢．圖344例2如圖344所示，一質(zhì)量為m的木塊靠在豎直粗糙的墻壁上，且受到水平力F的作用，下列說法正確的是()A．若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力大小等于mg，方向豎直向上B．若木塊靜止，當(dāng)F增大時，木塊受到的靜摩擦力隨之增大C．若木塊沿墻壁向下運(yùn)動，則墻壁對木塊的摩擦力大小為μFD．若開頭時木塊靜止，當(dāng)撤去F，木塊沿墻壁下滑時，木塊不受滑動摩擦力作用解析若木塊靜止，則木塊受到的靜摩擦力與mg平衡，大小為mg，方向豎直向上，故A正確，B錯誤；木塊沿墻壁向下運(yùn)動，墻對木塊的摩擦力大小為μFN＝μF，故C正確；當(dāng)撤去F時，墻與木塊間無彈力，則木塊不受摩擦力作用，故D正確．答案ACD二、對滑動摩擦力的理解1．滑動摩擦力的產(chǎn)生條件：(1)兩物體間有彈力；(2)接觸面不光滑；(3)兩物體發(fā)生了相對運(yùn)動(滑動)．2．大小：(1)兩個物體間滑動摩擦力的大小F與正壓力FN成正比，即F＝μFN.(2)對公式F＝μFN的理解與應(yīng)用①公式中的μ是比例常數(shù)叫做動摩擦因數(shù)，反映接觸面本身的特性，與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān)，與接觸面積大小、物體的運(yùn)動狀態(tài)、物體的受力狀況均無關(guān)，沒有單位．②公式中的FN是兩個物體接觸面間的壓力，俗稱“正壓力”(垂直于接觸面的力)，壓力的大小在很多狀況下需結(jié)合物體的平衡條件加以確定．③滑動摩擦力F大小與FN成正比，與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．圖3453．方向：滑動摩擦力的方向總是跟兩物體的接觸面相切并且跟它們相對運(yùn)動的方向相反．留意：(1)與“相對運(yùn)動的方向相反”并不是與“運(yùn)動方向”相反．(2)滑動摩擦力的作用總是阻礙物體的相對運(yùn)動，而不是阻礙物體的運(yùn)動．例如：物體A、B都向右運(yùn)動，速度分別為vA＝1m/s，vB＝2m/s.則A受到B向右的滑動摩擦力F1，是動力；B受到A向左的滑動摩擦力F2，是阻力．例3(2021～2022吉林高一月考)有關(guān)滑動摩擦力的下列說法中，正確的是()A．有壓力肯定有滑動摩擦力B．有滑動摩擦力肯定有壓力C．滑動摩擦力總是與接觸面上的壓力垂直D．只有運(yùn)動物體才受滑動摩擦力解析產(chǎn)生滑動摩擦力的條件有三個：正壓力(相互接觸且擠壓)、接觸面粗糙、發(fā)生相對滑動，缺一不行．由產(chǎn)生條件可知，A錯，B正確．滑動摩擦力方向與接觸面相切，而壓力垂直于接觸面，所以滑動摩擦力方向跟接觸面所受壓力垂直，C正確．如擦黑板時，黑板是靜止的，但相對黑板擦是運(yùn)動的，也受滑動摩擦力，所以關(guān)鍵是“相對運(yùn)動”，故D錯誤．答案BC例4質(zhì)量為2kg的物體靜止在水平地面上，如圖346所示，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，給物體一水平推力F.(取g＝10N/kg)圖346(1)當(dāng)推力大小為5N時，地面對物體的摩擦力是多大？(2)當(dāng)推力大小為12N時，地面對物體的摩擦力是多大？(3)物體運(yùn)動過程中突然把推力去掉，此時地面對物體的摩擦力是多大？解析在地面上，F(xiàn)N＝mg，則滑動摩擦力(即最大靜摩擦力Fmax)大小為Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10N＝10N.(1)當(dāng)推力F＝5N時，F(xiàn)<Fmax，物體靜止，則由二力平衡知：地面對物體的靜摩擦力的大小F靜＝F＝5N.(2)當(dāng)推力F＝12N時，F(xiàn)>Fmax，物體滑動，則地面對物體的滑動摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10N.(3)運(yùn)動過程中把推力去掉，地面對物體的摩擦力為滑動摩擦力，其大小F滑′＝10N.答案(1)5N(2)10N(3)10N借題發(fā)揮求解物體受到的摩擦力大小時，要先推斷物體是受到的靜摩擦力還是滑動摩擦力．對靜摩擦力的理解1．關(guān)于靜摩擦力的有關(guān)說法正確的是()A．只有靜止的物體才可能受靜摩擦力B．有相對運(yùn)動趨勢的相互接觸的物體間有可能產(chǎn)生靜摩擦力C．產(chǎn)生靜摩擦力的兩個物體肯定相對靜止D．靜摩擦力可以是動力解析靜摩擦力產(chǎn)生在具有相對運(yùn)動趨勢的、相互接觸且接觸面粗糙的物體之間，物體可能靜止，也可能運(yùn)動，方向可能與運(yùn)動方向相同(充當(dāng)動力)，也可能與運(yùn)動方向相反(充當(dāng)阻力)，故選B、C、D.答案BCD圖3472．如圖347所示，有一重力不計的方形容器，被水平力F壓在豎直的墻面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢地向容器內(nèi)注水，直到將容器剛好盛滿為止，在此過程中容器始終保持靜止，則下列說法中正確的是()A．容器受到的摩擦力不變B．容器受到的摩擦力漸漸增大C．水平力F可能不變D．水平力F必需漸漸增大解析由題知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，摩擦力等于容器和水的總重力，所以隨著水的增多，容器受到的摩擦力漸漸增大，故A錯誤，B正確；水平方向受力平衡，力F可能不變，故C正確，D錯誤．故選B、C.答案BC對滑動摩擦力的理解3．(2021四川高一期末)以下關(guān)于滑動摩擦力的說法正確的是()A．滑動摩擦力總是與物體相對運(yùn)動方向相反B．滑動摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動C．靜止的物體不行能受到滑動摩擦力的作用D．運(yùn)動的物體肯定受到的是滑動摩擦力解析滑動摩擦力的方向總是阻礙物體間的相對運(yùn)動，故與相對運(yùn)動的方向相反，A正確；滑動摩擦力可以是阻力也可以是動力，B錯誤；靜止的物體可能受到滑動摩擦力的作用，例如：木塊在地上滑動，地面靜止，但受滑動摩擦力作用，C錯誤；發(fā)生相對運(yùn)動的物體才可能受到滑動摩擦力作用，運(yùn)動的物體可能受到靜摩擦力也可能受到滑動摩擦力作用，還有可能不受摩擦力作用，D錯誤，故選A.答案A4．(2021～2022河北高一月考)裝修工人在搬運(yùn)材料時施加一個水平拉力將其從水平臺面上拖出，如圖348所示，則在勻速拖出的過程中()圖348A．材料與平臺之間的接觸面積漸漸減小，摩擦力漸漸減小B．材料與平臺之間的接觸面積漸漸減小，拉力漸漸減小C．平臺對材料的支持力漸漸減小，摩擦力漸漸減小D．材料與平臺之間的動摩擦因數(shù)不變，支持力也不變，因而工人拉力也不變解析勻速拉動的過程只能持續(xù)到重心離開臺面的瞬間，物體的重心在臺面上，故物體對臺面的壓力不變，故物體受到的支持力不變，C錯誤；而在拉動過程中動摩擦因數(shù)不變，由F＝μFN可知摩擦力是不變的，A、B錯誤；由于物體做勻速直線運(yùn)動，摩擦力不變，所以工人的拉力是不變的，D正確．故選D.答案D5．用20N的水平力在水平地面上拉重60N的物體時，物體恰能被拉動；物體運(yùn)動后只需18N的拉力即可使物體做勻速直線運(yùn)動．該物體靜止在水平地面上，若用15N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為________；若用30N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為________；物體與地面間的動摩擦因數(shù)為________．解析水平力為20N時恰能拉動，說明最大靜摩擦力Fmax＝20N．若用F1＝15N的力拉物體，由于F1＜Fmax，故物體不會相對于地面滑動，物體受靜摩擦力的作用，由二力平衡得物體此時受到的摩擦力F靜＝F1＝15N，又由于物體運(yùn)動后只需18N的拉力即可使物體做勻速直線運(yùn)動，故F滑＝18N，當(dāng)用F2＝30N的力拉物體時，F(xiàn)2＞Fmax，物體受滑動摩擦力，大小為F滑＝18N．又由F滑＝μFN得μ＝eq\f(F滑,FN)＝eq\f(18N,60N)＝0.3.答案15N18N0.3(時間：60分鐘)題組一對靜摩擦力的理解1．關(guān)于靜摩擦力的說法，下列正確的是()A．靜摩擦力的方向總是與物體的運(yùn)動方向相反B．靜摩擦力的方向總是與物體的相對運(yùn)動趨勢方向相反C．最大靜摩擦力的大小略大于滑動摩擦力的大小D．正壓力越大，靜摩擦力越大解析靜摩擦力的方向可能與運(yùn)動方向相同，也可能與運(yùn)動方向相反，總是與物體的相對運(yùn)動趨勢方向相反，故A錯誤，B正確．依據(jù)最大靜摩擦力的概念可知，靜摩擦力略大于滑動摩擦力，故C正確．正壓力越大，最大靜摩擦力越大，而靜摩擦力與正壓力無關(guān)，故D錯誤．故選B、C.答案BC圖3492．如圖349所示，兩塊木板緊緊夾住木塊，始終保持靜止，木塊重為30N，木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.2.若左右兩端的壓力F都是100N，則每塊木板對木塊的摩擦力大小和方向是()A．30N，方向向上B．20N，方向向上C．40N，方向向下D．15N，方向向上解析木塊相對木板相對靜止，受到重力作用有向下的運(yùn)動趨勢，所以受到的摩擦力是靜摩擦力，兩塊木板對它的靜摩擦力的合力與重力等大反向，都為15N，豎直向上．答案D3．(2021～2022河北高一期中)在中學(xué)秋季田徑運(yùn)動會上，高一2班李好同學(xué)奮力拼搏，勇奪男子100m冠軍，圖3410為該同學(xué)奔跑途中的兩個瞬間，用f1、f2分別表示該同學(xué)在圖甲、乙兩瞬間所受到的摩擦力，則關(guān)于f1、f2的方向，以下說法正確的是()圖3410A．f1向后，f2向后B．f1向前，f2向前C．f1向前，f2向后D．f1向后，f2向前解析當(dāng)該同學(xué)奔跑途中，后腳用力向后蹬，人才向前運(yùn)動，正是由于地面給后腳有個向前的靜摩擦力，使運(yùn)動員能向前運(yùn)動．而當(dāng)前腳向前跨時，正是由于地面給前腳有個向后的靜摩擦力，否則運(yùn)動員會向前滑動．所以前腳受到地面的向后靜摩擦力．答案C題組二對滑動摩擦力的理解4．關(guān)于動摩擦因數(shù)(即滑動摩擦力和彈力的比值)，下列說法中正確的是()A．動摩擦因數(shù)與正壓力成正比B．相同的條件下，接觸面積越大，動摩擦因數(shù)越大C．動摩擦因數(shù)只與接觸面的粗糙程度、相互接觸的物體的材料有關(guān)D．動摩擦因數(shù)與正壓力、接觸面積有關(guān)，但具體關(guān)系不能確定解析動摩擦因數(shù)與接觸面的狀況有關(guān)，如接觸面的粗糙程度、兩接觸面的材料等，與接觸面的面積大小、壓力大小均無關(guān)，故C對，A、B、D都錯．答案C圖34115．如圖3411所示，A為粗糙長木板，在水平面以速度v1向右運(yùn)動，物塊B在木板A的上面以速度v2向右運(yùn)動，下列推斷正確的是()A．若是v1＝v2，A、B之間無滑動摩擦力B．若是v1>v2，B受到了A所施加向右的滑動摩擦力C．若是v1<v2，B受到了A所施加向右的滑動摩擦力D．若是v1>v2，A受到了B所施加向左的滑動摩擦力解析若A、B速度不相等，兩者之間存在相對運(yùn)動，滿足滑動摩擦力產(chǎn)生的條件，具有滑動摩擦力，若速度相等，則沒有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢，所以不存在摩擦力．答案ABD圖34126．運(yùn)動員用雙手握住豎直的竹竿勻速攀上和勻速下滑時，運(yùn)動員所受的摩擦力分別為F1和F2，那么()A．F1向下，F(xiàn)2向上，且F1＝F2B．F1向下，F(xiàn)2向上，且F1＞F2C．F1向上，F(xiàn)2向上，且F1＝F2D．F1向上，F(xiàn)2向下，且F1＝F2解析運(yùn)動員向上、向下都是勻速運(yùn)動，且只受重力和摩擦力的作用，由二力平衡知，運(yùn)動員所受的摩擦力總是向上，大小等于其重力．故C正確．答案C圖34137．如圖3413所示，物體在F＝100N，方向水平向左的拉力作用下，沿水平面對右運(yùn)動．已知物體與水平面的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，物體質(zhì)量m＝5kg，可知物體所受摩擦力為(g＝10m/s2)()A．10N，水平向左B．10N，水平向右C．20N，水平向左C．20N，水平向右解析物體相對地面運(yùn)動，故物體受到的滑動摩擦力，則摩擦力的大小為f＝μFN＝μmg＝0.2×5×10N＝10N；滑動摩擦力的方向與相對運(yùn)動方向相反，故摩擦力方向向左，故A正確，B、C、D錯誤．答案A題組三綜合應(yīng)用8．(2021四川成都期中)關(guān)于彈力與摩擦力的關(guān)系，下列說法正確的是()A．有彈力就肯定有摩擦力B．有摩擦力就肯定有彈力C．彈力變大摩擦力就肯定變大D．摩擦力變大彈力就肯定變大解析物體間有彈力，還要有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢以及接觸面粗糙才有摩擦力，則有彈力不肯定有摩擦力，故A錯誤；有摩擦力，物體間必定存在相互擠壓，肯定有彈力，B正確；靜摩擦力的大小和彈力大小沒有關(guān)系，故C、D錯誤．故選B.答案B圖34149．如圖3414所示，一小孩用80N的水平力推重力為200N的木箱，木箱不動；當(dāng)小孩用100N的水平力推木箱，木箱恰好能被推動．當(dāng)木箱被推動之后，小孩只要用90N的水平推力就可以使木箱沿地面勻速前進(jìn)，以下是對上述過程作出的計算和推斷，其中正確的是()A．木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.45B．木箱與地面間的最大靜摩擦力大小為90NC．木箱與地面間的摩擦力大小始終為80ND．木箱與地面間的滑動摩擦力大小為100N解析木箱沿地面勻速前進(jìn)時水平推力為F＝90N，由平衡條件得到，滑動摩擦力大小為f＝F＝90N，木箱對地面的壓力大小N＝G＝200N，則木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(f,N)＝0.45，故A正確，D錯誤．當(dāng)小孩用100N的水平力推木箱，木箱恰好能被推動，此時木箱受到的地面的靜摩擦力達(dá)到最大值，大小等于推力，即為100N，故B錯誤．當(dāng)木箱保持靜止時，木箱所受的摩擦力隨著推力的增大而增大，當(dāng)木箱滑動后，摩擦力大小不變，故C錯誤．選A.答案A10．(2021浙江高一期末)有一種圓珠筆，內(nèi)部有一根小彈簧．如圖3415所示，當(dāng)筆桿豎直放置時，在圓珠筆尾部的按鈕上放一個200g的砝碼，砝碼靜止時，彈簧壓縮量為2mm.現(xiàn)用這支圓珠筆水平推一本放在桌面上質(zhì)量為800g的書，當(dāng)按鈕壓縮量為2.4mm(未超過彈簧的彈性限度)時，這本書恰好勻速運(yùn)動．試求：圖3415(1)筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)；(2)書與桌面間的動摩擦因數(shù)大?。馕?1)由于砝碼處于靜止，則kx＝mg，所以有k＝eq\f(mg,x)＝eq\f(0.2×10,2×10－3)N/m＝1000N/m.(2)要使書恰好能勻速運(yùn)動，則kx′＝μmg得μ＝eq\f(kx′,mg)＝eq\f(1000×2.4×10－3,0.8×10)＝0.3.答案(1)1000N/m(2)0.3圖341611．如圖3416所示，水平面上有一重為40N的物體，受到F1＝13N和F2＝6N的水平力的作用而保持靜止．已知物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：(1)物體所受的摩擦力的大小與方向；(2)當(dāng)只將F1撤去，物體受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，則物體受到的摩擦力大小和方向又如何？解析最大靜摩擦力fmax＝f0＝μG＝0.2×40N＝8N.(1)由于F1－F2<fmax，所以物體所受的摩擦力為靜摩擦力，且f1＝7N，方向與物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反，水平向右；(2)由于F2<fmax，所以物體所受的摩擦力為靜摩擦力，且f2＝6N，方向