2017_2018学年高中物理第4章相互作用第3节摩擦力教学案鲁科版.docx

第3节 摩擦力1.摩擦力的产生条件：一是接触面粗糙，二是两物体相互挤压产生弹力，三是两物体有相对运动或有相对运动趋势。2滑动摩擦力的大小与压力成正比，即fN，其方向与接触面相切，与物体相对运动方向相反。3静摩擦力的计算没有公式可用，要根据外力情况且结合物体的运动状态来确定，其方向与物体相对运动趋势方向相反。4物体与接触面之间的静摩擦力的最大值叫最大静摩擦力，最大静摩擦力与压力成正比，静摩擦力的取值范围是0ffmax。5动摩擦因数与接触面的材料及粗糙程度有关，可以通过改变相互接触的材料或粗糙程度，增大或减小物体之间的摩擦。 一、滑动摩擦力1定义当两个物体彼此接触和挤压，并发生相对滑动时，在接触面上产生的一种阻碍相对滑动的力。2滑动摩擦力的方向及效果滑动摩擦力的方向总是与接触面相切，并与物体的相对运动方向相反。因此，滑动摩擦力的效果总是阻碍物体间的相对运动。3滑动摩擦力的大小(1)滑动摩擦力的大小：与压力成正比，还与接触面的性质有关。(2)公式：fN其中N表示压力，叫动摩擦因数，与接触面的材料及粗糙程度有关。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相对滑动，但具有相对滑动的趋势时，接触面上会产生一种阻碍相对滑动趋势的力，这种力叫做静摩擦力。2产生条件物体直接接触，接触面粗糙，接触面间有压力，有相对运动的趋势。3方向总是与接触面相切并且与相对滑动趋势的方向相反。4效果阻碍物体间的相对运动的趋势。5大小由外部因素决定，随外力的变化而变化。6最大静摩擦力(1)定义：物体与接触面之间的静摩擦力的最大值，也即在外力作用下物体将开始沿接触面滑动时的静摩擦力。用fmax表示。(2)相关因素与两物体间的压力成正比。与接触面的性质有关。三、摩擦力的调控1自主思考判一判(1)一个物体在另一个物体表面滑动时，一定产生摩擦力。()(2)滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体运动方向相反。()(3)静止的物体可能受到滑动摩擦力。()(4)静摩擦力总是发生在相对静止且有相对运动趋势的物体之间。()(5)运动的物体不可能受静摩擦力的作用。()(6)静止于水平粗糙地面上的木箱，受到的静摩擦力大小与推力大小有关。()2合作探究议一议 (1)用手握住瓶子，使瓶子在竖直方向上静止，当担心手中瓶子掉下去时，总是用力握得更紧一些。这时瓶子所受的摩擦力增大了吗？图431提示：由于手与瓶子保持相对静止，手与瓶子之间的摩擦力为静摩擦力，由二力平衡得，摩擦力总与重力大小相等，当用力握紧瓶子时，手与瓶子接触处压力增大，手对瓶子的最大静摩擦力增大，但静摩擦力保持不变。(2)滑动摩擦力公式fN中的“N”的大小等于物体的重力吗？提示：不一定。N是两接触物体间的压力(弹力)。 对摩擦力的理解1摩擦力的产生条件(1)接触面粗糙。(2)两个物体之间有弹力。(3)有相对运动或相对运动趋势。这三个条件必须同时满足才能产生摩擦力。2“相对”的含义相对运动或相对运动趋势指的是相互产生摩擦力的两个物体之间，而不是物体相对于地面。3摩擦力产生的效果(1)摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势，不一定阻碍物体的运动。(2)摩擦力可以是阻力也可以是动力，如匀速前进的自行车，后轮受到的摩擦力为动力，前轮受到的摩擦力为阻力。1下列关于摩擦力的说法，正确的是()A不接触的两物体间可能存在摩擦力B相互接触且有挤压的两物体间一定存在摩擦力C摩擦力总是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势D摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反解析：选C相互接触挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势是摩擦力产生的三个条件。三个条件必须同时满足，才产生摩擦力，A、B错误；摩擦力的效果总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，C正确；摩擦力的方向与物体相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反，与物体运动的方向可能相同，如货车启动时货物所受的摩擦力，故D错误。2(多选)下列关于摩擦力的说法，正确的是()A作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速B作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速，不可能使物体减速C作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使物体加速D作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速解析：选CD摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能与物体运动方向相反，但一定是与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反。当滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同时，使物体加速，选项A错误、C正确；当静摩擦力的方向与物体的运动方向相反时，使物体减速，选项B错误、D正确。3下列关于摩擦力的说法正确的是()A受到静摩擦力作用的物体一定是静止的B受到滑动摩擦力作用的物体一定是运动的C静摩擦力可以是动力，而滑动摩擦力只能是阻力D摩擦力可以是动力，也可以是阻力解析：选D静摩擦力发生在相对静止的物体之间，滑动摩擦力发生在相对运动的物体之间，这里所说的“相对静止”和“相对运动”是分别以这两个物体为参考系而言的，若以其他物体为参考系，则可能都是静止的，也可能都是运动的，选项A、B错误。而摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，若以其他物体为参考系，摩擦力可能是动力，也可能是阻力，选项C错误，D正确。摩擦力有无及方向的判断1根据物体运动状态判断静摩擦力的有无A、B叠放在一起，用力F拉物体B，而A、B都静止，如图432甲所示。假设物体B对A有摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力，不可能保持静止状态，所以A、B之间不存在静摩擦力。图4322根据力的相互作用判断静摩擦力的方向A、B叠放在一起，用力F拉物体A，而A、B都静止，如图乙所示。假设A、B之间没有静摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力F的作用，不可能保持静止，所以A、B之间一定有静摩擦力存在。根据二力平衡原理，B对A的静摩擦力一定向左，再根据力的相互作用原理，A对B的静摩擦力一定向右，则地面对B的静摩擦力一定向左。3利用假设法判断相对运动趋势的方向(1)方法假设研究对象与被接触物体之间光滑，若它们之间发生相对滑动，则其相对滑动方向就是原先的相对运动趋势方向；若它们之间不会发生相对滑动，则说明两个接触的物体没有相对滑动的趋势。(2)步骤确定所要研究的对象。选与被研究对象接触的物体作为参考系。假设接触面光滑，分析出研究对象与参考系相对运动趋势方向。静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。典例如图433所示，判断下列情况下物体A和C是否受摩擦力作用(A、B、C均相对静止)：图433(1)图(a)中相对地面静止；(2)图(b)中一起做匀速运动。思路点拨根据摩擦力的产生条件，利用假设法或状态分析法判断。解析两种情况下A、C均处于平衡状态，在水平方向上所受合力为零。对于(a)情形，A受到水平向左的推力F，所以欲满足A合力为零，水平方向必受到向右的静摩擦力。把A、B、C视为一个整体，向左和向右的推力F相互抵消，假设地面对C有摩擦力作用。则整体不可能处于平衡，故地面对C无摩擦力作用；隔离C，C受到水平向右的推力F，地面对C无摩擦力，所以只有B对C产生向左的静摩擦力，C才能实现水平方向合力为零。对于(b)情形，假设A受到静摩擦力，则A不会处于平衡状态，所以A不受摩擦力作用。将A、B、C视为一个整体，整体受到向右的拉力F，且做匀速运动，所以地面对整体有向左的滑动摩擦力，即C受到向左的滑动摩擦力。隔离C，C受到地面向左的滑动摩擦力，所以只有B对C产生向右的静摩擦力，C才能满足水平方向合力为零。答案(1)A受到水平向右的静摩擦力，C受到来自B的水平向左的静摩擦力。(2)A不受摩擦力，C受到来自地面水平向左的滑动摩擦力、来自B的水平向右的静摩擦力。(1)采用假设法判断摩擦力是否存在的关键是假设接触面光滑，然后分析研究对象的运动情况。(2)对于相对复杂的题目，一般先分析受力简单的物体，再根据力的相互性分析与其接触物体的受力情况。1(多选)如图434所示，用一个水平推力向右推放在水平地面上的木箱，没有推动，则下列说法正确的是()图434A木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相同B木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相反C木箱受水平向左的静摩擦力D木箱受水平向右的静摩擦力解析：AC假设木箱与地面间无静摩擦力，则人推木箱时，木箱必向右运动，现没推动，但有向右运动的趋势，故木箱受向左的静摩擦力，选项A、C正确，选项B、D错误。2如图435所示，物体A、B在拉力F作用下一起以相同的速度沿F方向匀速运动，关于B所受的摩擦力，下列说法正确的是()图435A图中B物体不受静摩擦力作用B图中B物体受到静摩擦力，且方向与F方向相反C图中B物体受到A物体对它的静摩擦力，且方向与F方向相同D图中B物体受到A物体对它的静摩擦力，且方向与F方向相反解析：选A假设B受到静摩擦力，而B水平方向不再受其他力的作用，则B所受合力不为零，这与B匀速运动所受合力为零相矛盾，所以B不受静摩擦力。由力的相互性我们可以确定B物体不对A物体产生静摩擦力，故选项A正确。3.如图436所示，水平地面上堆放着原木。关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是()图436AM处受到的支持力竖直向上BN处受到的支持力竖直向上CM处受到的静摩擦力沿MN方向DN处受到的静摩擦力沿水平方向解析：选AM处支持力方向垂直于地面，因此竖直向上，A项正确；N处的支持力方向垂直于原木P，因此B项错误；M处受到的静摩擦力方向平行于地面，C项错误；N处受到的静摩擦力方向平行于原木P，D项错误。摩擦力的计算1滑动摩擦力大小的计算(1)公式法：根据fN计算。根据物体的受力情况，求出正压力N。根据fN求出滑动摩擦力。(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡的条件求解。2静摩擦力大小的计算(1)根据受力情况和二力平衡条件确定，静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力。(2)随着相对运动趋势的增强，静摩擦力也逐渐变大，但不能一直增大。当静摩擦力增大至某一数值后，物体将开始沿接触面滑动，静摩擦力被滑动摩擦力取代。静摩擦力能达到的最大值叫做最大静摩擦力fmax。静摩擦力的范围为0ffmax。(3)最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力，一般情况下，为了分析问题方便，可认为二者相等，即fmaxN。典例重为40 N的木箱放在水平地面上，木箱与地面间的最大静摩擦力为12 N，动摩擦因数为0.25。如果分别用8 N和16 N的水平力推木箱，求木箱受到的摩擦力分别为多少？思路点拨解答本题的思路为：解析用8 N的水平力推木箱，推力小于最大静摩擦力，木箱不动，由二力平衡条件可知，木箱受到8 N的静摩擦力。用16 N的水平力推木箱，推力大于最大静摩擦力，木箱运动，由于竖直方向处于平衡状态，由二力平衡条件可知，NG，则滑动摩擦力fNG0.2540 N10 N。答案8 N10 N计算摩擦力的三点技巧(1)求解摩擦力时，先分清是什么摩擦力，然后再选择方法求解。(2)静摩擦力的计算没有公式可用，滑动摩擦力才可用公式fN求解，N是物体接触面间的正压力，N的大小要根据受力情况来确定，不一定等于mg。(3)若物体处于平衡状态，无论是滑动摩擦力还是静摩擦力，都可用二力平衡条件求解。1.如图437所示，两块木板紧紧夹住木块，一直保持静止，木块重为30 N，木块与木板间的动摩擦因数为0.2。若左、右两端的压力F都是100 N，则木块所受的静摩擦力大小和方向是()图437A30 N，方向向上B20 N，方向向上C40 N，方向向下 D100 N，方向向上解析：选A由于木块静止，故静摩擦力与重力平衡，fG30 N，方向向上。2一个所受重力为200 N的桌子放在水平地面上，当用水平力F110 N向右推它时，桌子没有被推动，则地面对桌子的静摩擦力f1_，方向_。当水平力增至F250 N，桌面刚能被推动，则地面对桌子的最大静摩擦力fmax_，方向_。解析：在F1的作用没有推动时，桌子有相对地面向右运动的趋势，故受静摩擦力作用，方向向左，由二力平衡可知大小等于F1，即f1F110 N，当力增大到F250 N时，刚好推动，说明最大静摩擦力fmax50 N，方向向左。答案：10 N向左50 N向左3马拉着自重600 N的雪橇在水平冰面上做匀速直线运动，马需用水平拉力18 N。若在雪橇上载货500 kg，马要用多大的水平力可使雪橇仍做匀速直线运动？雪橇和冰面间的动摩擦因数为多大？(g取10 N/kg)解析：雪橇做匀速直线运动F1f1，又f1N1，N1G1600 N得0.03在雪橇上载货500 kg后，N2G1m2g600 N50010 N5 600 N则f2N20.035 600 N168 N水平拉力F2f2168 N。答案：168 N0.031两个相互接触的物体，关于接触处的弹力和摩擦力，以下说法正确的是()A一定有弹力，但不一定有摩擦力B如果有弹力，则一定有摩擦力C如果有摩擦力，则一定有弹力D如果有摩擦力，则其大小一定与弹力成正比解析：选C摩擦力的产生条件为：两个物体间接触且挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。而两物体间弹力的产生条件为接触且挤压，所以有摩擦力必定有弹力，有弹力不一定有摩擦力。故C正确，A、B、D错误。2下列关于摩擦力的叙述中错误的是()A机车的车轮与钢轨的摩擦力有时是有利的B磁悬浮列车是通过悬浮来减小甚至消除与轨道的挤压而减小摩擦力的C人走路时，脚和地面之间的摩擦是有害的D减小摩擦，可以在两物体之间加润滑油解析：选C车轮和钢轨的摩擦力有时是有利的，A正确；磁悬浮列车减小甚至消除了它与轨道间的压力从而减小摩擦力，B正确；脚与地面之间没摩擦人将无法行走，C错误；加润滑油可以减小摩擦，D正确。3下列关于摩擦力的说法正确的是()A静摩擦力一定发生在静止的两个物体之间B静摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同C摩擦力的方向一定与运动方向相反D滑动摩擦力总是与重力成正比解析：选B静摩擦力发生在相对静止的两个物体间，但两物体可能同时运动，所以A选项错；静摩擦力与物体相对运动趋势方向相反，而与物体的运动方向可能相同，B选项对，C选项错；滑动摩擦力与两物体间压力成正比，与重力无关，D选项错。4关于滑动摩擦力，下列说法中正确的是()A滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反B滑动摩擦力总是阻碍物体的运动C滑动摩擦力的大小跟物体相对运动的速度大小有关D滑动摩擦力是成对出现的，一个物体在水平地面上滑动时，地面也要受到滑动摩擦力作用解析：选D滑动摩擦力总是与物体的相对运动方向相反，但不一定与物体的运动方向相反，其大小决定于物体接触面之间的动摩擦因数和正压力，与物体相对运动速度无关，A、B、C全错；力是物体之间的相互作用，所以D正确。5关于动摩擦因数，下列说法正确的是()A两接触面间压力越大，动摩擦因数越大B两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数越大C两物体间的动摩擦因数与动摩擦力成正比，与两物体间的压力成反比D两物体间的动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度等决定的，与动摩擦力和正压力无关解析：选D两接触面间压力越大，动摩擦因数不变，故A错误；两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数仍不变，故B错误；动摩擦因数与其它因素无关，只与接触面的粗糙程度、相互接触的物体的材料有关，所以D正确，C错误。6物体与支持面间有滑动摩擦力时，下列说法正确的是()A物体与支持面间的压力越大，滑动摩擦力越大B物体与支持面间的压力不变，动摩擦因数一定，接触面积越大，滑动摩擦力越大C物体与支持面间的压力不变，动摩擦因数一定，速度越大，滑动摩擦力越大D动摩擦因数一定，物体与支持面间的压力越大，滑动摩擦力越大解析：选D滑动摩擦力的大小和接触面的粗糙程度，以及压力的大小有关，即f N。滑动摩擦力与接触面的大小，以及相对运动的速度无关。故A、B、C错误，D正确。7(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)，如图1所示，下列说法正确的是()图1A瓶中油越多，手必须握得越紧B手握得越紧，油瓶受到的摩擦力越大C不管手握得有多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的D以上说法都正确解析：选AC用手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶受到的重力平衡静摩擦力的大小由油瓶的重力大小决定。油瓶变重，它受到的静摩擦力必须随之增大，手握得紧一点，相应最大静摩擦力值也就大一些，才能保证油瓶不会掉落下来；如果手握得不够紧，压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶的重力，油瓶就会掉下来。所以选项A正确。手握得越紧，手与瓶之间的压力越大，保证了油瓶所受静摩擦力的大小始终等于油瓶的重力大小，可见，选项B错误，C正确；显然D也不正确。8三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，由于所受水平拉力不同，A做匀速运动，B做加速运动，C做减速运动，那么它们受到的摩擦力大小关系应是()AfBfAfCBfAfBl1Bl4l3Cl1l3 Dl2l4解析：选D四种形式拉弹簧的过程中，由于弹力大小都为F，由胡克定律x，得l1l2l3l4。3下列说法正确的是()A两个物体只要相互接触就一定会产生弹力B两物体间的滑动摩擦力总是与物体运动方向相反C一本书在桌面上静止，书对桌面的压力是因为书发生了弹性形变D静止在斜面上的物体对斜面的压力就等于物体受到的重力解析：选C两个物体相互接触且发生弹性形变时一定会产生弹力，A错误；滑动摩擦力总是与物体相对运动的方向相反，可能与物体运动方向相同，B错误；书对桌面的压力是书发生了弹性形变要恢复原状时，对桌面产生的作用力，C正确；物体对斜面的压力不等于物体受到的重力，D错误。4如图2所示，两个相同的木块，在外力的拉动下，分别以5 m/s、8 m/s的速度向右滑动。以下说法正确的是()图2AF甲F乙，因为甲与地面的接触面积大BF甲F乙，因为乙与地面的接触面积小CF甲F乙，因为乙的速度大D以上说法都不对解析：选D两物体和地面间的摩擦力均为滑动摩擦力，其大小fNmg，与接触面积及运动速度均无关系，即两物体受到的摩擦力大小相等，故选D。5如图3所示，两个物体A、B的质量均为1 kg，各接触面间的动摩擦因数均为0.3，同时用F1 N的两个水平力分别作用在A、B上，则地面对物体B，B对物体A的摩擦力分别为()图3A6 N3 N B1 N1 NC01 N D02 N解析：选C以A、B整体为研究对象进行受力分析，可知地面对B的摩擦力为零；再以A为研究对象进行受力分析，可知B对A的摩擦力与力F大小相等、方向相反，大小为1 N，所以选项C正确。6如图4所示，在粗糙的水平面上，物体向着弹簧运动，且使弹簧发生压缩，则物体A的受力情况是()图4A重力、支持力、动力、摩擦力和弹簧的弹力B重力、支持力、摩擦力和弹簧的弹力C弹簧的弹力是动力，而摩擦力是阻力D弹簧的弹力和摩擦力均与物体运动方向相反解析：选BD物体A受重力，地面的支持力，弹簧的弹力，地面的摩擦力，后两力与运动方向相反为阻力，故B、D正确。7如图5所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系。根据图像判断，正确的结论是()图5A弹簧的劲度系数为1 N/mB弹簧的劲度系数为100 N/mC弹簧的原长为6 cmD弹簧伸长0.2 m时，弹力的大小为4 N解析：选BC弹簧处于原长时，弹簧的弹力应为0，由此可知弹簧原长为6 cm。由图像可知：当拉长2 cm时，弹力为2 N，可得劲度系数为100 N/m。8机场常用传送带为顾客运送行李或货物，在传送带运送货物过程中主要有水平运送和沿斜面运送两种形式，如图6所示，甲为水平传送带，乙为倾斜传送带，当行李随传送带一起匀速运动时，下列几种判断中正确的是()图6A甲情形中的物体所受的合力为零B甲情形中的物体受到重力、支持力和摩擦力作用C乙情形中的物体受到重力、支持力和摩擦力作用D乙情形中的物体所受支持力与重力是一对平衡力解析：选AC甲情形中的物体受重力和传送带的支持力，这两个力的合力为零，A对，B错；乙情形中的物体受三个力的作用，即重力、传送带的支持力和传送带对物体的摩擦力，C对；乙情形中的物体所受支持力垂直斜面向上，重力竖直向下，二者不在一条直线上，不是一对平衡力，D错误。二、非选择题(共4小题，共52分)9(8分)某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，弹簧的弹力用F表示，弹簧未挂钩码时的长度用l0表示，弹簧挂上钩码后的长度用l表示，弹簧的伸长量用x表示，则xll0。该同学记录的数据如下表：123456F/N00.981.962.943.924.90l/cm25.026.027.128.028.930.0x/cm01.02.13.03.95.0请根据所记录的数据探索结论_。解析：根据测量数据作出Fx图像，在实验误差范围内，可以认为这些点在一条过坐标原点的直线上。得出结论：弹力的大小跟弹簧的伸长量成正比，即Fkx。答案：弹力的大小跟弹簧的伸长量成正比10(12分)某同学在做“测定木板与木块间动摩擦因数”的实验时，设计了两种实验方案。图7方案一：木板固定，用弹簧测力计拉动木块，如图(a)所示。方案二：用弹簧测力计钩住木块，用力拉动木板，如图(b)所示。除了实验必须的弹簧测力计、木块、木板、细线外，该同学还准备了若干重量均为2.00 N的砝码。(1)上述两种方案中，你认为更合理的方案是_，理由是_。(2)