高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力2 摩擦力学案设计

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3．摩擦力 知识纲要导引 核心素养目标(1)知道摩擦力的概念，知道静摩擦和滑动摩擦现象．(2)正确判断静摩擦力和滑动摩擦力方向，会计算简单问题中的摩擦力的大小．(3)了解静摩擦和滑动摩擦在生产、生活中的应用.知识点一　静摩擦力1．定义：两个物体之间只有相对运动趋势，而没有相对运动时产生的摩擦力叫做静摩擦力．2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反．3．大小：当相对运动趋势增强时，静摩擦力也随着增大，但有一个限度，这个静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力．而两物体间实际发生的静摩擦力Ff在零与最大静摩擦力之间，即0≤Ff≤Ffm. 无处不在的静摩擦力  思考如图所示，物块A和B分别静止在水平面上和斜面上．物块会不会受到静摩擦力的作用？为什么？提示：物块A不受静摩擦力，物块B受静摩擦力．因为物块A没有相对运动的趋势；物块B相对斜面有沿斜面向下运动的趋势．  知识点二　滑动摩擦力1．定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反．3．大小(1)公式：F＝μFN.FN表示接触面上压力的大小，μ为动摩擦因数．(2)与最大静摩擦力的大小关系：一般略小于最大静摩擦力．(3)动摩擦因数μ：是个比例常数，无单位．它的数值跟相互接触的两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关，与接触面的面积无关．
核心一　静摩擦力的有无、方向的判断及大小计算1．静摩擦力的大小：(1)大小的范围：0<Ff≤Ffmax.(2)平衡条件法求解静摩擦力.图例说明结论人推箱，箱静止Ff＝F增大推力，箱仍静止F＝2F    2．最大静摩擦力Ffmax(1)大小等于物体刚刚开始运动时沿接触面方向的外力大小，是静摩擦力的最大值．(2)Ffmax略大于滑动摩擦力Ff0，如图所示．但为了方便起见，一般认为二者相等．3．易混淆的“三个方向”运动方向一般指物体相对地面(以地面为参考系)的运动方向相对运动方向指以其中一个物体A为参考系，物体B相对物体A的运动方向，反之亦然相对运动趋势的方向由两物体间静摩擦力的存在导致的要发生却还没有发生的相对运动的方向，可以采用假设法判定  静摩擦力的大小与压力无关，最大静摩擦力的大小随压力增大而增大． 例1　[2019·山东济南检测]如图所示，水平地面上的L形木板A(质量为M)上放着小木块B(质量为m)，A与B之间有一个处于伸长状态的弹簧，整个装置处于静止状态，下列说法正确的是(　　)A．A对B的摩擦力方向水平向右　　　　B．A对B无摩擦力作用C．地面对A的摩擦力方向水平向右  D．地面对A无摩擦力的作用【解析】　弹簧处于伸长状态且弹簧对B的弹力方向水平向右，根据二力平衡可知A对B的摩擦力方向水平向左，故A、B错误；对整体受力分析，在竖直方向上重力和支持力平衡，若地面对A有摩擦力，则整体不能平衡，故地面对A无摩擦力作用，故C错误、D正确．【答案】　D 方法技巧　静摩擦力有无的判断三法：(1)直接法：根据静摩擦力的产生条件，直接判断静摩擦力的有无．(2)假设法：(3)平衡条件法：根据二力平衡的条件判断． 训练1　质量为50 kg的箱子放在水平地面上，箱子与地面间的动摩擦因数为0.6，用大小为310 N的水平力推箱子但没有推动，则箱子所受的摩擦力大小为(　　)A．30 N　　　　B．186 N　　　　C．300 N　　　　D．310 N解析：由二力平衡可知，水平方向静摩擦力大小与外力大小相等为310 N.答案：D静摩擦力大小的计算方法．可根据二力平衡．核心二　滑动摩擦力的分析与计算1．滑动摩擦力的大小(1)滑动摩擦力的计算公式：F＝μFN.大小只由μ和FN决定．(2)F＝μFN中，FN大小不一定等于物体的重力．可通过以下四例说明：(3)滑动摩擦力的大小与物体接触面的面积大小无关，与物体相对接触面的运动快慢也无关．3．滑动摩擦力的方向：(1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反．(2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反．摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，而不一定是阻碍物体的运动． 摩擦力与弹力的关系(1)若两物体间存在摩擦力，则一定存在弹力；但两物体间存在弹力时，却不一定存在摩擦力．(2)同一接触面的摩擦力和弹力必垂直．“相对”指的是研究对象相对于与其接触的物体而言的．说得更直接一点，是相对于“摩擦面”有没有运动或运动趋势，与物体本身静止还是运动没有关系．2.影响动摩擦因数的因素：μ与材料和接触面粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的面积大小无关．  例2　关于滑动摩擦力，以下说法正确的是(　　)A．滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反　　B．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动C．滑动摩擦力不可能是动力  D．滑动摩擦力跟物体的重力成正比【解析】　可通过以下表格对各选项逐一分析.选项过程分析结论A滑动摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动，故与相对运动的方向相反，但不一定与运动方向相反×B√C滑动摩擦力可以作为动力，如传送带上的物体×D滑动摩擦力与物体间的正压力成正比，正压力不一定等于重力×【答案】　B例3　一个重600 N的物体放在水平地面上，要使它从原地移动，最小要用190 N的水平推力，若移动后只需180 N的水平推力即可维持物体匀速运动，那么：(1)物体与地面间的最大静摩擦力有多大？(2)物体与地面间的滑动摩擦力有多大？(3)当用250 N的水平推力使物体运动后，物体受到的摩擦力有多大？【解析】　(1)由最大静摩擦力的定义可知Ffmax＝190 N.(2)由二力平衡知识知滑动摩擦力Ff＝180 N.(3)因μ和接触面间的弹力都未变，故物体受到的摩擦力仍为180 N.【答案】　(1)190 N　(2)180 N　(3)180 N   [拓展]　(1)在[例3]中，若物体原来处于静止状态，当对物体施加200 N的水平拉力时，物体所受摩擦力多大？属于何种摩擦力？(2)试求上题中物体与水平面间的动摩擦因数μ.【解析】　(1)由于F拉＝200 N>Ffmax＝190 N，故物体将运动起来，所受摩擦力为滑动摩擦力，Ff＝180 N.(2)由Ff＝μFN得μ＝＝＝0.3.【答案】　(1)180 N　(2)0.3 分析和计算摩擦力的方法：(1)计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力．(2)滑动摩擦力用公式Ff＝μFN求解，静摩擦力的大小只能根据物体的运动状态和物体的受力情况来求解．如果物体处于静止状态，或做匀速直线运动时，可利用二力平衡条件求解静摩擦力．(3)计算静摩擦力时，还要注意理解静摩擦力与最大静摩擦力的区别．(4)正压力相同时，最大静摩擦力比滑动摩擦力略大，如不加说明，可以认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，此时最大静摩擦力也可以由公式Ffmax＝μFN求得．   训练2　如图所示，轻质弹簧的劲度系数k＝20 N/cm，用其拉着一个重力为200 N的物体在水平面上运动，当弹簧的伸长量为4 cm时，物体恰在水平面上做匀速直线运动，求：(1)物体与水平面间的动摩擦因数．(2)当弹簧的伸长量为6 cm时，物体受到的水平拉力为多大？这时物体受到的摩擦力为多大？(3)如果在物体运动过程中突然撤去弹簧，而物体在水平面上能继续滑行，这时物体受到的摩擦力为多大？解析：(1)由Ff＝kx＝μFN＝μG知μ＝＝＝0.4.(2)水平拉力F＝kx′＝20×6 N＝120 N，此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力，所以F＝μG＝0.4×200 N＝80 N.(3)由于物体仍能滑行，所以物体所受的滑动摩擦力大小和方向不变，大小仍为80 N.答案：(1)0.4　(2)120 N　80 N　(3)80 N
1．关于摩擦力与弹力的关系，下列说法正确的是(　　)A．有弹力一定有摩擦力　　B．有摩擦力一定有弹力C．弹力越大，摩擦力越大  D．摩擦力越大，弹力一定越大解析：根据摩擦力和弹力产生的特点可知，有摩擦力一定有弹力，但有弹力不一定有摩擦力，A错、B对．弹力越大，摩擦力不一定越大，同理，摩擦力越大，弹力也不一定越大，C、D错．答案：B2．如图所示，放在固定斜面上的物体处于静止状态，物体所受静摩擦力的方向是(　　)A．垂直斜面向上  B．垂直斜面向下C．沿斜面向上  D．沿斜面向下解析：假设斜面光滑，则物体有沿斜面下滑的运动趋势，而实际上物体静止，所以物体所受静摩擦力沿斜面向上，选项C正确．答案：C3．(多选)如图所示，人在跑步机上跑步时(　　)A．脚受到的摩擦力是静摩擦力B．脚受到的摩擦力是滑动摩擦力C．脚受到的摩擦力方向与人运动的方向相反D．脚受到的摩擦力方向与人运动的方向相同解析：人在跑步机上跑步时，脚和跑步机之间无相对滑动，则脚受到的摩擦力是静摩擦力，A正确、B错误；因脚相对跑步机有向后滑动的趋势，则脚受到的静摩擦力向前，即与人运动的方向相同，C错误、D正确．答案：AD4．如图所示，一平板小车在外力作用下由静止向右滑行一段距离x，同时车上的物体A相对车向左滑行L，此过程中物体A受到的摩擦力方向如何，该摩擦力是动力还是阻力(　　) A．水平向左，阻力  B．水平向左，动力C．水平向右，阻力  D．水平向右，动力解析：由于物体相对小车向左滑动，那么受到小车向右的滑动摩擦力的作用，但相对地面是向右运动的，即滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同，所以是动力，故D对．答案：D5.如图所示，为了保证安全供电，电工师傅经常会爬上竖立的电线杆对电路进行定期检修，假设电工师傅在杆上是匀速爬行的，下列说法正确的是(　　)A．向下爬行时，电工师傅受到的摩擦力向上B．向上爬行时，电工师傅受到的摩擦力向下C．增大与电线杆之间的挤压可以增大摩擦力D．若小心翼翼地缓慢爬行，电工师傅受到的摩擦力将变小解析：因人受向下的重力，则无论是向上爬行还是向下爬行，摩擦力总是向上的，A项正确，B错误；增大与电线杆之间的挤压可以增大人和电线杆之间的最大静摩擦力，C项错误；若小心翼翼地缓慢爬行，则电工师傅受到的向上的摩擦力与向下的重力平衡，则摩擦力等于重力，即摩擦力不变，D项错误．答案：A6．一根质量为m、长为L的均匀长方体木条放在水平桌面上，木条与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平力F推木条，当木条经过如图所示位置时，桌面对它的摩擦力为(　　)A．μmg  B.μmgC.μmg  D．上述选项均不对解析：因为木条一直在滑动，且对桌面的压力大小总等于重力大小，所以摩擦力F＝μFN＝μmg.答案：A