3.2摩擦力-高一物理备课必备讲义（人教必修第一册 ）

第三章 相互作用——力3.2  摩擦力 课标要求素养要求课标解读1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向.2.知道滑动摩擦力的大小跟什么有关，会求滑动摩擦力.3.知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向.4.知道最大静摩擦力的概念，知道静摩擦力的大小范围．  1．物理观念：基于物体间的相对运动，抽象概括摩擦力的概念2．科学思维： 在具体问题情境中会用假设法或根据条件判断静摩擦力的有无、方向；会用二力平衡判断、计算静摩擦力；能用Ff＝μFN计算滑动摩擦力。3.科学探究：通过实验探究静摩擦力的大小随拉力的变化，会设计实验判断影响滑动摩擦力的因素，培养科学探究能力。4.科学态度与责任：认识摩擦力在生产生活中的应用。   教材原句01  滑动摩擦力两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力．滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。自主思考用笔在纸上写字时，如果纸张较轻小，且不用其他东西压着纸面，纸会跟着动(你有这种体验吗，试一下)，纸所受桌面对它的摩擦力与纸的运动方向关系如何？ 【答案】纸所受桌面对它的摩擦力与纸的运动方向相反。教材原句02  滑动摩擦力的大小滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。如果用F,表示滑动摩擦力的大小，用压表示压力的大小，则有。其中，是比例常数，叫作动摩擦因数。它的值跟接触面有关，接触面的材料不同、粗糙程度不同，动摩擦因数也不同。自主思考滑动摩擦力的大小的大小一定与物体重力成正比吗？【答案】不一定，因为压力不一定等于物体重力。教材原句03  静摩擦力相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势而没有相对运动，所以这时的摩擦力叫作静摩擦力。静摩擦力的方向总是跟物体相对运动趋势的方向相反。自主思考静摩擦力一定是静止的物体受到的摩擦力吗？【答案】不一定，是相对静止但有相对运动趋势的物体之间产生的摩擦力。探究点01  滑动摩擦力情境探究1．按如图所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动． (1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系？(2)在木块上添加重物，增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？(3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？【答案】　(1)相等　(2)增大　(3)增大2．(1)如图所示，B的速度v2大于A的速度v1，画出A、B所受滑动摩擦力的方向．(水平地面光滑) (2)滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？【答案】(1)如图所示(2)滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动，但与物体的运动方向可能相同，也可能相反，即滑动摩擦力可能是动力，也可能是阻力．探究归纳1．滑动摩擦力的产生条件(1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)．(2)接触面粗糙．(3)两物体间有相对运动．2．滑动摩擦力的方向滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体相对运动的方向相反．滑动摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动，而不是阻碍物体的运动，所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能相反，还可能成任意夹角．3．滑动摩擦力的大小由公式Ff＝μFN计算(也可以由二力平衡来求解)(1)FN是两个相接触的物体间的压力，它不一定等于重力．(2)动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和粗糙程度决定，与FN和Ff无关．(3)滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关．【探究应用1】(多选)有关滑动摩擦力，下列说法中正确的有(　　)A．有正压力一定有滑动摩擦力B．有滑动摩擦力一定有正压力C．滑动摩擦力总是与接触面上的正压力垂直D．只有运动的物体才受滑动摩擦力作用【答案】BC【解析】由产生滑动摩擦力的条件知，A错误，B正确；滑动摩擦力的方向与接触面相切，而正压力垂直于接触面，所以滑动摩擦力的方向跟接触面所受正压力垂直，C正确；静止的物体也可以受滑动摩擦力，如擦黑板时，黑板是静止的，但相对黑板擦是运动的，所以黑板受滑动摩擦力作用，关键要理解“运动”和“相对运动”的含义，D错误．【迁移应用1】如图所示，轻质弹簧的劲度系数k＝20 N/cm，用其拉着一个重为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？【答案】(1)0.4　(2)120 N　80 N　(3)80 N【解析】　(1)由Ff＝kx＝μFN＝μG知μ＝＝＝0.4.(2)由F＝kx′得：F＝20×6 N＝120 N；此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力，所以F′f＝μG＝0.4×200 N＝80 N.(3)由于物体仍能滑行，物体所受的滑动摩擦力大小和方向不变，大小仍为80 N. 探究点02  静摩擦力情境探究把木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图所示．当测力计的示数为1 N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2 N 时，木块仍静止；继续增大拉力到4 N时，木块开始移动，此时拉力突然变小到3.8 N，此后木块匀速运动，拉力保持3.8 N不变．(1)木块受到的拉力为1 N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？(2)随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？【答案】　(1)说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1 N的力，这个力就是桌面对木块的静摩擦力．(2)静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值．探究归纳1．静摩擦力的产生条件(1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)．(2)接触面粗糙．(3)两物体间有相对运动的趋势．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≤Fmax.(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．4．说明(1)静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，与运动方向可能相同，也可能相反．(2)静摩擦力发生在相对静止的两物体之间，受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，运动的物体也可能受静摩擦力作用．【探究应用2】(多选)如图所示为皮带运输机的示意图，A为传送带上的货物，则(　　)A．如果货物A随传送带一起无相对滑动地向上匀速运动，A受到沿斜面向上的摩擦力B．如果货物A随传送带一起无相对滑动地向下匀速运动，A受到沿斜面向下的摩擦力C．如果货物A和传送带都静止，A不受摩擦力D．如果货物A和传送带都静止，A对传送带有沿斜面向下的摩擦力【答案】AD【解析】　摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反，先判断物体的相对运动情况．如果货物A随传送带一起无相对滑动地向上匀速运动，则对货物A来说，有相对于传送带向下滑动的趋势，则摩擦力与相对运动趋势方向相反，即沿斜面向上，A正确；货物A随传送带一起无相对滑动地向下匀速运动时，货物A有沿传送带向下运动的趋势，A受到沿斜面向上的摩擦力，B错误；如果货物A和传送带都静止，但A相对传送带有向下运动趋势，A受到沿传送带向上的摩擦力，C错误；反之，A也给传送带摩擦力，A相对于传送带有向下的运动趋势，传送带相对于A有向上的运动趋势，则A给传送带的摩擦力方向沿斜面向下，D正确．【迁移应用2】如图所示，一质量M＝2 kg的物体放在动摩擦因数μ＝0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m0＝0.1 kg的小桶相连．已知M与水平面间的最大静摩擦力Fm＝4.5 N，滑轮的摩擦不计，g取10  N/kg，求在以下情况中M受到的摩擦力的大小．(1)只挂m0，处于静止状态时；(2)只挂m0，但在M上再放一个M′＝3 kg的物体时；(3)在桶内加入m1＝0.33 kg的沙子时．【答案】(1)1 N　(2)1 N　(3)4.3 N【解析】 (1)因为m0g＝1 N<Fm，M处于静止状态，所以受静摩擦力作用，由二力平衡得F1＝m0g＝1 N.(2)在M上再放一个M′＝3 kg的物体，M仍静止，故所受静摩擦力F2＝F1＝m0g＝1 N.(3)因为(m0＋m1)g＝4.3 N<Fm，故M处于静止状态，所受静摩擦力F3＝(m0＋m1)g＝4.3 N.学业合格练1.（多选）《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则(　　) A．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大B．小球受到的摩擦力与重力大小相等C．机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下D．若铁夹水平移动，小球受到的摩擦力变大【答案】BC【解析】对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的压力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，根据力的作用是相互的可知，机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下，故B、C正确；增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不变，故A错误；若水平移动铁夹，由于小球在竖直方向上受力始终平衡，摩擦力不变，故D错误。2. 关于静摩擦力，下列说法中正确的是(　　)A．受静摩擦力作用的物体一定是静止的B．静摩擦力总是阻力C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值【答案】C【解析】静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间，但物体可以是运动的，所以A错误；静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，但可能与运动方向相同，所以B错误，C正确；两物体间静摩擦力的大小由平行于接触面的力决定，因此D错误．3. 研究物块与木板之间的摩擦力大小的实验装置如图所示。将一物块和木板叠放于水平桌面上，轻质弹簧测力计的一端固定，另一端用细线与物块水平相连。现在用绳索与长木板连接，用手向右水平拉绳索，使长木板在桌面上滑动。弹簧测力计的示数稳定后，下列说法正确的是(　　)A．物块与木板之间的摩擦力是静摩擦力B．木板必须在桌面上做匀速直线运动C．弹簧测力计的示数一定等于物块受到的摩擦力D．弹簧测力计的示数一定等于木板受到的摩擦力【答案】C【解析】物块相对木板运动，所以物块与木板之间的摩擦力是滑动摩擦力，本实验中，木板不论处于什么运动状态，物块总处于平衡状态，则弹簧测力计的示数等于物块受到的滑动摩擦力，保持不变，C正确。4. 如图所示，将一张A4纸(质量可忽略不计)夹在物理习题册内，A4纸上方书页总质量为0．3 kg，A4纸下方书页总质量为0．5 kg，A4纸与书页之间、书与桌面之间的动摩擦因数均为0．4，要把A4纸从书中拉出，拉力至少应为(取g＝10 m/s2)(　　)A．4 N　　　　　　　　 B．5．6 NC．2．4 N  D．3．2 N【答案】C【解析】　A4纸与书上、下两个接触面都有滑动摩擦力，则有Ff＝2μFN＝2×0．4×3 N＝2．4 N，当拉力等于摩擦力时，拉力最小，所以有F＝2．4 N，C正确。 5. 小丽的妈妈准备炒菜时，发现油没了，就让小丽去楼下的超市里买瓶油，并叮嘱小丽回来的时候一定要握紧油瓶，在小丽回来的过程中，油瓶的运动是复杂的。为使问题简化，我们将小丽的运动简化为小丽拿着油瓶在水平方向做匀速直线运动且瓶身处于竖直方向，与手没有相对滑动，如图所示。下列说法正确的是(　　)A．由于油瓶随小丽在水平方向做匀速直线运动，所以油瓶受滑动摩擦力B．小丽妈妈叮嘱小丽要紧握油瓶，是为了增大油瓶受到的摩擦力C．不论小丽手握得多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定值D．如果握力加倍，则摩擦力的方向由向下变为向上【答案】C【解析】油瓶相对小丽的手没有相对滑动，可知油瓶受到的摩擦力为静摩擦力，A错误；油瓶所受重力和静摩擦力总是大小相等、方向相反，不管小丽的手握得多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的，小丽妈妈叮嘱握紧油瓶是为了增大油瓶受到的最大静摩擦力，B错误，C正确；静摩擦力的方向始终与重力方向相反，无论握力多大，静摩擦力的方向始终与重力方向相反，竖直向上，不会发生改变，D错误。6. 如图所示，某新型夹砖机能用两支巨大的“手臂”将几吨砖夹起，大大提高了工作效率。已知该新型夹砖机能夹起质量为m的砖，两支“手臂”对砖产生的最大压力为Fmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，则“手臂”与砖之间的动摩擦因数至少为(　　)A．μ＝　　　　　　　　  B．μ＝C．μ＝  D．μ＝【答案】B【解析】对砖进行受力分析，根据平衡条件得2μFmax＝mg，解得μ＝，故B正确。7. 如图甲所示的平板小车在搬运货物方面有着广泛的应用，图乙是某同学用平板小车运送物体的原理图，小车在拉力作用下由静止向右滑行了一段距离x，同时车上的物体A相对车向左滑行L，则下列说法正确的是(　　)A．物体A受到的摩擦力为阻力，方向水平向左B．物体A受到的摩擦力为阻力，方向水平向右C．物体A受到的摩擦力为动力，方向水平向左D．物体A受到的摩擦力为动力，方向水平向右【答案】D　【解析】因为物体A相对小车向左滑动，那么物体A受到小车向右的滑动摩擦力的作用，物体A相对地面是向右运动的，即滑动摩擦力的方向与物体A的运动方向相同，所以是动力，故选项D正确。8. 如图所示，质量为m的木块放置在质量为2m的长木板上，在水平向右的拉力F的作用下，木块和木板一起以相等的速度做匀速直线运动，木块与木板之间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则(　　)A．μ1＝2μ2  B．μ1<2μ2C．μ1≤3μ2  D．μ1≥3μ2【答案】D【解析】以木板为研究对象，木板在水平方向上受到两个力：木块给的向右的静摩擦力，大小为F静1；地面给的向左的滑动摩擦力，大小为Ff2＝μ2·3mg。对木板根据平衡条件有F静1＝Ff2＝3μ2mg，由题可知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则F静1≤μ1mg，即3μ2mg≤μ1mg，因此μ1≥3μ2，故A、B、C错误，D正确。学业等级练9. 如图甲所示，某同学用水平绳拉放在平台上的行李包，一直没有拉动，通过手上的弹簧测力计测出拉力F与时间t的关系如图乙所示，则行李包与地面的摩擦力的大小与时间t的关系图像正确的是(　　)【答案】A【解析】　该同学没有拉动行李包，说明行李包与平台间的摩擦力是静摩擦力，此时静摩擦力与拉力大小相等．10. (多选)如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff与F的关系如图乙所示，g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)A．木箱所受的最大静摩擦力Fmax＝21 NB．木箱所受的最大静摩擦力Fmax＝20 NC．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.21D．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.2【答案】AD【解析】木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大，最大静摩擦力为21 N，当推力F>21 N后，摩擦力变为滑动摩擦力，大小为20 N，木箱与地面间的动摩擦因数μ＝＝0.2，选项A、D正确．11. 一块质量为1 kg、长为0.4 m的匀质长木板放在固定的水平桌面上，已知木板与桌面间的动摩擦因数为μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2，当用水平力F＝3 N推木板，使它经过如图所示的位置时，桌面对木板的摩擦力为(　　)A．3 N   B．2 NC．1.5 N   D．0.5 N【答案】B【解析】　因为木板被推动，所以木板受的摩擦力为滑动摩擦力，木板对桌面的压力FN＝mg＝10 N，所以桌面对木板的滑动摩擦力为Ff＝μFN＝2 N.12. (多选)运动员双手握住竖直杆匀速攀上和匀速滑下的过程中，运动员受到的摩擦力分别为Ff1和Ff2，不计空气阻力，那么(　　)A．Ff1方向竖直向下，Ff2方向竖直向上，且Ff1＝Ff2B．Ff1方向竖直向上，Ff2方向竖直向上，且Ff1＝Ff2C．Ff1为静摩擦力，Ff2为滑动摩擦力D．Ff1为静摩擦力，Ff2为静摩擦力【答案】BC【解析】运动员攀上竖直杆过程中受静摩擦力作用，滑下过程受到滑动摩擦力作用，选项C正确，D错误；运动员向上、向下都是匀速运动，且只受重力和摩擦力的作用，由二力平衡知，运动员所受的摩擦力总是向上，大小等于其重力，选项A错误，B正确．13. 在中学秋季田径运动会上，李好同学奋力拼搏，勇夺男子100 m冠军，下图为该同学奔跑途中的两个瞬间，用Ff1、Ff2分别表示该同学在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是(　　)A．Ff1向后，Ff2向后　　　　B．Ff1向前，Ff2向前C．Ff1向前，Ff2向后 D．Ff1向后，Ff2向前 【答案】C【解析】当该同学奔跑途中，后脚用力向后蹬，人才向前运动，正是由于地面给后脚有个向前的静摩擦力，使运动员能向前运动．而当前脚向前跨时，正是由于地面给前脚有个向后的静摩擦力，否则运动员会向前滑动．所以前脚受到地面的向后的静摩擦力． 冲刺“双一流”14. 为了测定木块和竖直墙壁之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：用一根弹簧将木块压在墙上，同时在木块下方有一个拉力F2作用，使木块恰好匀速向下运动，如图所示．现分别测出了弹簧的弹力F1、拉力F2和木块的重力G，则动摩擦因数μ应等于(　　) A.  B.C.  D.【答案】A【解析】木块对墙面的压力FN＝F1，对木块受力分析，可知墙对木块的摩擦力Ff＝F2＋G，故动摩擦因数μ＝＝，A正确． 15. 一物块m在水平力F拉动下，沿静止的水平传送带由左端匀速运动到右端，如图6甲所示，这时物块所受摩擦力为Ff1；现开动机械让传送带向左匀速传动，再次将同样的物块m由传送带的左端匀速拉动到右端，这时物块所受摩擦力大小为Ff2，如图乙所示．则Ff1、Ff2的大小关系满足(　　)A．Ff1＝Ff2B．Ff1<Ff2C．Ff1>Ff2D．上述三种情况都有可能【答案】A【解析】两种情景下，物块与传送带之间均为滑动摩擦力，只是相对速度不同；由滑动摩擦力的计算公式Ff＝μFN可知，滑动摩擦力的大小与相对速度的大小无关，故选A.