教科版高中物理必修第一册第三章相互作用导学案+课件

3.摩擦力

必备知识·自主学习——突出基础性　素养夯基

一、滑动摩擦力

1．定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生________时，每个物体的接触面上都会受到对方施加的________相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力．

2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体的________________相反．

3．大小

(1)公式：f＝________，其中N表示接触面上压力的大小，μ为动摩擦因数．

(2)动摩擦因数μ，它是两个力的比值，没有单位．它的大小与两个接触面的________、粗糙程度等情况有关．

[举例]　摩擦力的分类

二、静摩擦力

1．定义：当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生________，但具有________的趋势时，接触面上会产生一种________相对运动趋势的力，这种力称为静摩擦力．

2．方向：静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向________．

3．大小

随外力的变化而变化，当水平拉力增大到某一值时，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值，这个最大值称为______________，记为f静max.静摩擦力的取值范围为______________．

[拓展]　毛刷实验—分析下面图中刷毛受到的静摩擦力的方向如何？

关键能力·合作探究——突出综合性　素养形成

探究点一　滑动摩擦力

【导学探究】

将携带的物品放到恒定速率的水平传送带上，物品的速度在达到传送带速率之前，物品的运动方向与物品受到的滑动摩擦力方向之间的关系如何？

【归纳总结】

1.滑动摩擦力的产生条件

两物体

2．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．

3．滑动摩擦力的大小

(1)公式法：根据公式f＝μN计算．

①正压力N是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，N的大小根据物体的受力情况确定．

②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关．

(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据二力平衡条件求解．

【典例示范】

题型1　滑动摩擦力方向的判断

例1 如图所示，A为长木板，在水平面上以速度v1向右运动，物块B在木板A上面以速度v2向右运动，下列判断正确的是(　　)

A．若v1＝v2，A、B之间无滑动摩擦力

B．若v1>v2，A受到了B所施加的向右的滑动摩擦力

C．若v1<v2，B受到了A所施加的向右的滑动摩擦力

D．若v1>v2，B受到了A所施加的向左的滑动摩擦力

【思维方法】

滑动摩擦力方向的判断方法

(1)选研究对象(受滑动摩擦力作用的物体).

(2)选跟研究对象接触的物体为参考系．

(3)找出研究对象相对参考系的运动方向．

(4)滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反．

题型2　滑动摩擦力大小的计算

例2 如图所示，质量为20 kg的物体在水平面上向右运动，在运动过程中受到水平向左、大小为10 N的拉力F的作用，物体与水平面间的动摩擦因数为0.1，则物体所受的摩擦力为(取g＝10 N/kg)(　　)

A．10 N，水平向右    B．10 N，水平向左

C．20 N，水平向右    D．20 N，水平向左

素养训练1　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．μmg

C．μmg      D．上述选项均不对

素养训练2　如图所示，轻质弹簧的劲度系数k＝20 N/cm，用水平力F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，而物体在水平面上仍能继续滑行，这时物体受到的摩擦力为多大？

【思维方法】

滑动摩擦力的求法

(1)直接用公式f＝μN求解．

(2)明确公式中各量的属性，简单地说就是要求解哪两个物体间的滑动摩擦力，就要找到对应于该两物体间的弹力以及动摩擦因数．

探究点二　静摩擦力

【导学探究】

仔细观察下列图片，分析下列问题．

相互接触的物体相对静止时，是不是也可能存在摩擦力？

(1)如图甲所示，人用平行于地面的力推沙发，沙发没动，沙发相对地面有没有运动的趋势？运动趋势的方向是什么？

(2)沙发相对地面处于什么状态？沙发在水平方向上只受人的推力作用吗？

(3)如图甲所示，人推沙发的力增大到一定大小之前，沙发不会动；如图乙所示，把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块，在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动．这些情况说明什么？

【归纳总结】

1.静摩擦力产生条件

两物体

2．静摩擦力的方向

(1)在接触面上与接触面相切，且与物体相对运动趋势的方向相反．

(2)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，与使物体产生运动趋势的外力方向相反．

3．静摩擦力的大小

(1)范围：0<f静≤f静max.

(2)计算：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解．

(3)静摩擦力大小与正压力无关．

【典例示范】

题型1　摩擦力有无的判断

例3  (多选)下列情形中，物体A受摩擦力作用的是(　　)

【思维方法】

“两法”判断静摩擦力的有无

(1)假设法

(2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判定．

题型2　静摩擦力方向的判断

例4 (多选)如图所示，物体A、B叠放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是(　　)

A．A、B之间无摩擦力

B．A受到的摩擦力水平向右

C．B受到A的摩擦力水平向左

D．地面对B的摩擦力为静摩擦力，方向水平向右

教你解决问题

根据二力平衡判断B对A的摩擦力；再对A、B整体进行分析，根据二力平衡分析地面对B的摩擦力．具体思路如下：

【思维方法】

假设法判断静摩擦力方向的步骤

(1)选定研究对象(受静摩擦力作用的物体)；

(2)选跟研究对象接触的物体为参考系；

(3)假设接触面光滑，找出研究对象相对参考系的运动方向(即接触面不光滑，研究对象的相对运动趋势的方向)；

(4)静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反．

题型3　静摩擦力大小的计算

例5 如图甲所示，小孩用80 N的水平力推木箱推不动，木箱此时受到的摩擦力大小为F1；乙图中，小孩用100 N的水平力恰能推动木箱，此时木箱与地面间的摩擦力大小为F2；丙图中，小孩把木箱推动了，此时木箱与地面间摩擦力大小为F3.若木箱对地面的压力大小为200 N，木箱与地面间动摩擦因数为μ＝0.45，则F1、F2、F3的大小分别为(　　)

A．80 N、100 N、90 N     B．80 N、100 N、45 N

C．80 N、80 N、90 N      D．0、80 N、45 N

【思维方法】

静摩擦力大小的计算方法

静摩擦力的大小通常通过受力情况和平衡条件(二力平衡)进行计算，随产生运动趋势的力的变化而变化．

素养训练3　如图，用传送带匀速向上传送货物，货物与传送带之间没有相对滑动，则货物受到的摩擦力是(　　)

A．静摩擦力，方向沿传送带向上

B．静摩擦力，方向沿传送带向下

C．滑动摩擦力，方向沿传送带向下

D．滑动摩擦力，方向沿传送带向上

素养训练4　质量为2 000 kg的汽车因故障停在水平柏油马路上，轮胎与路面间的动摩擦因数为0.71，用大小为310 N的水平力推汽车但没有推动，则汽车所受的摩擦力大小为(　　)

A．30 N      B．186 N

C．300 N     D．310 N

随堂演练·自主检测——突出创新性　素养达标

1.(多选)关于摩擦力，下列说法中正确的是(　　)

A．物体受到静摩擦力，就一定受到弹力

B．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值

C．运动的物体可以受静摩擦力作用，静止的物体也可以受滑动摩擦力作用

D．静摩擦力的大小与物体所受正压力成正比

2．如图所示，运动员把冰壶推出后，冰壶在向前做直线运动的过程中(　　)

A．受到向后的静摩擦力

B．受到向后的滑动摩擦力

C．受到向前的静摩擦力

D．受到向前的滑动摩擦力

3.如图所示，将一张A4纸(质量可忽略不计)夹在一本字典内，字典对A4纸的压力为3 N，A4纸与字典之间的动摩擦因数为0.4，假设滑动摩擦力与最大静摩擦力相等，要把A4纸从字典中拉出，拉力至少应为(　　)

A．0.6 N      B．1.2 N

C．2.4 N      D．3 N

4．如图所示，水平地面上有一重为40 N的物体受到F1＝12 N和F2＝6 N的水平力作用而保持静止，可认为最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等．已知物体与水平地面间的动摩擦因数为μ＝0.2，求：

(1)此时物体所受摩擦力的大小和方向；

(2)若将F1撤去，物体所受摩擦力的大小和方向；

(3)若将F2撤去，物体所受摩擦力的大小和方向．

5.将质量为1.0 kg的木块放在水平长木板上，用力沿水平方向拉木块，拉力从0开始逐渐增大，木块先静止后相对木板运动．用力传感器采集木块受到的拉力和摩擦力的大小，并用计算机绘制出摩擦力大小f随拉力大小F变化的图像，如图所示，则木块与长木板间的动摩擦因数为(g取10 N/kg)(　　)

A．0.3     B．0.5

C．0.6     D．1.0

6.如图，一张重量为300 N的书桌放在水平地板上，因装修需要移动其位置，经测量至少要用100 N的水平推力，才能将它推动．移动以后，只要用90 N的水平推力就能使它继续做匀速运动．

(1)书桌与地板之间的最大静摩擦力有多大？

(2)书桌与地板之间的滑动摩擦力有多大？书桌与地板之间的动摩擦因数为多少？

(3)当用120 N的水平推力推书桌，书桌受到的摩擦力有多大？

3．摩擦力

必备知识·自主学习

一、

1．相对滑动　阻碍

2．相对运动的方向

3．(1)μN　(2)材料

二、

1．相对运动　相对运动　阻碍

2．相反

3．最大静摩擦力　0<f静≤f静max

关键能力·合作探究

探究点一　

【导学探究】

提示：物品的运动方向与物品受到的滑动摩擦力方向相同．

【典例示范】

例1　解析：A对：若v1＝v2，则A、B间无相对运动，无滑动摩擦力．B、D错：若v1>v2，则B相对于A向左运动，故B受到向右的滑动摩擦力，A相对于B向右运动，A受到向左的滑动摩擦力．C错：若v1<v2，则B相对于A向右运动，B受到向左的滑动摩擦力．

答案：A

例2　解析：物体所受的摩擦力为滑动摩擦力，则f＝μN＝μmg＝0.1×20×10 N＝20 N，因为物体水平向右运动，所以水平面对物体的摩擦力方向水平向左．故选项D正确．

答案：D

素养训练1　解析：此时木条相对桌面在滑动，且对桌面的压力大小等于重力大小，所以摩擦力f＝μN＝μmg.

答案：A

素养训练2　解析：(1)由F＝kx及二力平衡条件f＝F知，

f＝kx

又知f＝μN、N＝G

得μ＝＝＝0.4.

(2)物体受到的水平拉力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

探究点二　

【导学探究】

提示：(1)有，沙发相对地面有向右运动的趋势．

(2)沙发相对地面处于静止状态．根据二力平衡的知识可知，这时一定有一个力与推力平衡，这个力与人对沙发的推力大小相等、方向相反，即这个力的方向与沙发相对地面运动趋势的方向相反．

(3)接触面间与运动趋势方向相反的力的增大有一个限度．

【典例示范】

例3　解析：A对：状态法．物体A静止，竖直方向必有摩擦力与重力平衡，受静摩擦力．B错：条件法．物体A与墙壁间不发生挤压，无弹力，故无摩擦力．C对：假设法．假设A与传送带接触处光滑，则A将沿传送带下滑，故有静摩擦力．D错：假设法．假设A受传送带的静摩擦力作用，但在水平方向上没有另一个力与该静摩擦力平衡(二力平衡)，物体不可能做匀速运动，故不存在静摩擦力．

答案：AC

例4　解析：对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等值反向，故选项A错误，B正确；对B物体，由力的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力方向相反，故B受到A的摩擦力水平向左，选项C正确；对A、B整体分析，由于A、B一起向左匀速运动，由二力平衡可知地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，方向水平向右，故选项D错误．

答案：BC

例5　解析：小孩用80 N的水平力推不动木箱，则木箱此时受到的是静摩擦力，所以F1＝80 N．小孩用100 N的力恰好推动木箱，此时的推力的大小等于最大静摩擦力的大小，所以F2＝100 N．木箱被推动后受滑动摩擦力，由公式f＝μN来计算大小，所以F3＝0.45×200 N＝90 N，故A正确．

答案：A

素养训练3　解析：货物与传送带之间没有相对滑动，所以两者之间存在静摩擦力，货物相对传送带有向下运动的趋势，所以静摩擦力方向沿传送带向上．故选项A正确．

答案：A

素养训练4　解析：用大小为310 N的水平力推汽车但没有推动，因此汽车受到静摩擦力，根据平衡条件可知，静摩擦力的大小等于推力，即310 N，故选项D正确．

答案：D

随堂演练·自主检测

1．解析：根据摩擦力的产生条件可知，物体受到静摩擦力作用，就一定受到弹力作用，故A正确；两个物体之间的静摩擦力是根据受力平衡来确定的，其值可能是变化的，故B错误；运动的物体可以受静摩擦力作用，静止的物体也可以受滑动摩擦力作用，比如正在传送带上斜向上匀速运行的物体，受到静摩擦力作用，但物体是运动的；在地面上滑动的物体，地面受到滑动摩擦力，而地面是静止的，故C正确；滑动摩擦力的大小与正压力成正比，静摩擦力的大小与外力有关，故D错误．

答案：AC

2．解析：冰壶在向前做直线运动的过程中受到的是滑动摩擦力，方向与运动方向相反，B正确．

答案：B

3．解析：A4纸双面都受滑动摩擦力，单面所受滑动摩擦力f＝μN＝1.2 N，则拉力至少为2F＝2.4 N.

答案：C

4．解析：(1)物体受到静摩擦力和F1、F2的作用，处于静止状态，受力平衡，则有f＝F1－F2＝6 N，方向水平向右；(2)设物体与地面间的最大静摩擦力为fm，则有fm＝μG＝8 N，撤去F1，由于F2＝6 N<fm，物体仍然静止，则物体所受静摩擦力f1应与F2平衡，大小为f1＝F2＝6 N，方向水平向左；(3)若撤去F2，由于F1＝12 N>fm，物体会向左运动，所受滑动摩擦力为f2＝μG＝8 N，方向水平向右．

答案：(1)6 N　水平向右　(2)6 N　水平向左　(3)8 N　水平向右

5．解析：由题图可知，木块所受的滑动摩擦力f＝3 N，根据f＝μN＝μmg，解得μ＝＝＝0.3，A正确．

答案：A

6．解析：(1)由于至少要用100 N的水平推力，才能推动书桌，所以书桌与地板之间的最大静摩擦力f静max＝100 N.

(2)只要用90 N的水平推力就能使书桌继续做匀速动动，所以书桌与地板之间的滑动摩擦力f＝90 N

由f＝μN，N＝G＝300 N得，

μ＝＝＝0.3

(3)由于物体所受到的滑动摩擦力只与正压力和动摩擦因数有关，所以当用120 N的水平推力推书桌时，它所受到的滑动摩擦力仍为90 N.

答案：(1)100 N　(2)90N　0.3　(3)90 N