高中物理 4.3 摩擦力同步备课课件 鲁科版必修1.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 知道滑动摩擦力和接触面粗糙程度 接触面之间压力大小的关系 2 知道增 减滑动摩擦的方法 并能应用在日常生活中 3 进一步熟悉弹簧测力计的使用方法 4 知道静摩擦的大小范围 第3节摩擦力 课标解读1 通过实验认识滑动摩擦力 静摩擦力的规律 知道最大静摩擦力 会判断静摩擦力的方向 2 知道滑动摩擦力的产生条件 会用公式f n计算滑动摩擦力 3 知道生产和生活中增大和减小摩擦的实例 有将物理知识应用于生产和生活的意识 教学地位 滑动摩擦力 是高中物理 力与物体间相互作用 一章的一个重点 同时也是一个难点 对于这一知识点 教材安排该内容为科学探究课 以探究滑动摩擦力与哪些因素有关为主线 安排了学生猜想 设计实验 实验探究 合作交流等教学过程 让学生经历探讨滑动摩擦力与压力 接触面粗糙程度关系的过程 很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成 发展过程中 主动获取知识的精神 这节教材的内容与学生的生活实际及生产实际联系十分密切 教材的编写突出了这一点 很好地体现了新课程 从生活走向物理 从物理走向社会 的理念 新课导入建议准备两只碗 分别放入数量较多的玻璃小球 一只碗内是光滑干净的 另一只碗内是粘有灰尘的 请两个同学把玻璃球从碗中用筷子夹出来 比赛看谁夹得快 然后让两位同学分别说出自己的感想 从而引出摩擦力的问题 情景导入 课件展示 播放运动员滑雪的录像 让学生说出滑雪要求的环境条件 然后导出摩擦力的概念 问题导入粉笔在黑板上可以写出字来 在玻璃上写得出来吗 试试看 想想若在外面的柏油路面上用粉笔写字又会有何不同 为什么 你认为摩擦力是一种什么样的力 课前预习安排 1 看教材2 填空 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 老师提问 学生讨论 最后确定结论 步骤4 教师通过例题讲解总结认识摩擦力需要注意的几个问题 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2和探究3 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究4 重在讲解根据图象判断摩擦力的变化情况 确定摩擦力的大小和方向 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 完善课堂小结安排学生课下完成 课后知能检验 演示结束 1 基本知识 1 概念 定义 滑动摩擦力是当两个物体彼此和 并发生时 在接触面上产生的一种阻碍 的力 产生条件 要产生滑动摩擦力 上述四个条件必须同时满足 缺一不可 滑动摩擦力 接触 挤压 相对滑动 相对滑动 接触 形变 接触面粗糙 相对运动 方向 滑动摩擦力的方向总与接触面 并且与物体的方向相反 滑动摩擦力的大小 公式f n 是 的大小由相互接触的两个物体的与 如表面干燥与否 表面是否平滑 等因素决定 单位 n是压力 也就是一个物体对另一个物体表面的垂直作用力 称为正压力 性质上属于 它不是物体的重力 许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定 相切 相对运动 动摩擦因数 材料 粗糙程度 无 弹力 2 思考判断 1 静止的物体可能受到滑动摩擦力 2 滑动摩擦力的方向沿接触面 与物体运动方向相反 3 滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动 3 探究交流滑动摩擦力的大小与两物体的接触面积和相对运动速度是否有关 提示 一块质量为m的砖头在粗糙的水平地面上滑动时 设两物体间的动摩擦因数为 无论砖是横放还是侧放 运动速度是大还是小 所受地面的滑动摩擦力都为f n mg从上例可知 滑动摩擦力的大小跟接触面的面积无关 与物体的速度无关 1 基本知识 1 概念 定义 当两个彼此 的物体之间没有发生相对滑动 但具有相对时 接触面上会产生一种阻碍相对的力 这种力叫做静摩擦力 产生条件 物体直接接触 接触面粗糙 接触面间有 有相对运动的趋势 方向 跟接触面 且跟物体的方向相反 其中 相对滑动趋势的方向就是假设没有摩擦时物体相对运动的方向 通常可用假设法进行判断 静摩擦力 接触 挤压 滑动的趋势 滑动趋势 形变 相切 相对滑动趋势 静摩擦力的大小 静摩擦力的大小随推力的增大而增大 所以说静摩擦力的大小由外部因素决定 静摩擦力所能达到的fmax叫做最大静摩擦力 故静摩擦力大小的取值范围是0 f fmax 静摩擦力没有计算公式 在达到最大静摩擦力之前 静摩擦力的大小随外力及物体运动状态的变化而变化 而与压力n无关 在实际问题中 静摩擦力的大小一般应根据物体的受力和运动状态来确定 目前 可根据初中二力平衡知识求解静摩擦力 最大静摩擦力略于滑动摩擦力 有些情况下可以认为最大静摩擦力滑动摩擦力 最大值 大 近似等于 2 思考判断 1 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 2 运动的物体不可能受静摩擦力的作用 3 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 3 探究交流用手握住瓶子 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 这时瓶子所受的图4 3 1摩擦力增大了吗 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 1 基本知识 1 增大摩擦力的方法 增大接触面之间的 增加物体间的 2 减小摩擦力的方法 减小物体间的 在接触面间加润滑剂 用滚动代替滑动 摩擦力的调控 粗糙程度 压力 压力 2 探究交流自行车部分零件的功能不同 对摩擦力的要求也不同 滚珠轴承为什么将滑动摩擦改为滚动摩擦 在相对滑动的转轴之间加上机油的目的是什么 提示 滚珠轴承变滑动摩擦为滚动摩擦 大大减小了机器转动时的摩擦 在相对滑动的转轴之间加上机油 可以减小摩擦力 问题导思 1 摩擦力是怎样产生的 2 摩擦力一定是阻力吗 3 怎样正确理解产生摩擦力的条件 运动的物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力吗 摩擦力的产生 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 这三个条件缺一不可 必须同时满足才能产生摩擦力 2 相对 的含义 相对 指的是研究对象相对于与其接触的物体而言 即指物体之间的相对静止或相对运动 都是以施力物体为参考系的 而不一定是物体相对地的运动 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 两物体间有弹力存在 不一定有摩擦力产生 但两物体间有摩擦力产生 必有弹力存在 下列关于摩擦力的说法 正确的是 a 相互接触的两物体间一定存在摩擦力b 摩擦力总是阻碍物体的运动c 相对静止的物体间 也可能存在摩擦力作用d 只有静止的物体才受静摩擦力作用 运动的物体不会受静摩擦力作用 审题指导 解答该题时应把握摩擦力的定义及摩擦力产生的条件 解析 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错误 摩擦力的效果总是阻碍物体间的相对运动而不是阻碍运动 b错误 相对静止的物体间可能具有相对运动趋势 可能存在摩擦力 c正确 静止的物体和运动的物体都可能受到静摩擦力的作用 比如 被传送带送到高处的物体 受到传送带的静摩擦力作用 d错误 答案 c 对摩擦力的认识应注意的几个问题1 不论物体是静止还是运动 都可能受到静摩擦力或滑动摩擦力 2 摩擦力并不总是阻碍物体的运动 它既可做动力 又可做阻力 3 摩擦力的方向可以与物体的运动方向相反 也可以与物体的运动方向相同 1 关于摩擦力 下列说法正确的是 a 人走路时 脚和地面之间的摩擦力是阻碍人运动的b 滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反c 受静摩擦力作用的物体一定是静止不动的d 摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同 解析 人走路当脚向后蹬地时 脚相对地面有向后的运动趋势 受到向前的摩擦力 此力对人的运动来说为动力 a错误 滑动摩擦力的方向一定与物体的相对运动方向相反而不是运动方向 b错误 运动的物体也可能受静摩擦力作用 c错误 摩擦力的方向一定与相对运动方向相反 可以与运动方向相同 比如摩擦力作动力时 d正确 答案 d 问题导思 1 静止的物体受到的摩擦力一定是静摩擦力吗 2 静摩擦力是否一定是动力 3 怎样判断静摩擦力的有无及其方向 静摩擦力的有无和方向的判断 1 静摩擦力存在与否的判断 1 条件判断 接触面间有压力 粗糙且有相对运动趋势 2 假设法 假设接触面光滑 若物体原来运动状态改变则存在静摩擦力 否则不存在 2 静摩擦力的方向的判断 1 直接法 对于相对运动趋势比较明显的情况 可以根据 静摩擦力的方向沿着接触面与相对运动趋势的方向相反 直接判断 2 利用假设法判断 若物体的相对运动趋势不易判断 可假设接触面光滑 看物体会做怎样的相对运动 根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向从而判断静摩擦力的方向 3 根据物体的运动状态分析 物体的运动状态与物体的受力有密切的关系 例如 如图4 3 2所示 在拉力f的作用下 a b两物体一起在水平地面上做匀速运动 对a物体来说 它在水平方向受到向右的拉力f而处于平衡状态 根据二力平衡的条件知 a必然受沿a b接触面向左的静摩擦力的作用 由于物体b相对地面向右滑动 所以b物体在地面上受到向左的滑动摩擦力的作用 根据二力平衡的条件可知 在a b接触面上 b物体受到a的向右的静摩擦力的作用 图4 3 2 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 故摩擦力可能是动力 也可能是阻力 2012 宁德高一检测 如图4 3 3所示 在平直公路上有一辆汽车 车厢中装有一木箱 试判断下列情况中 木箱所受摩擦力的方向 图4 3 3 1 汽车由静止加速运动时 木箱和车厢无相对滑动 2 汽车刹车时 二者无相对滑动 3 汽车匀速运动时 二者无相对滑动 4 汽车刹车 木箱在车上向前滑动时 5 汽车在匀速行驶中突然加速 木箱在车上滑动时 审题指导 解答本题时把握以下三点 1 先判断是否存在摩擦 若存在 是静摩擦还是滑动摩擦 2 静摩擦力的方向依据假设法判定 3 滑动摩擦力的方向依据 与相对运动的方向相反 来判定 解析 1 木箱随汽车一起由静止加速运动时 假设二者的接触面是光滑的 木箱将相对于汽车向后滑动 实际上两者无相对滑动 说明木箱有相对汽车向后滑动的趋势 所以木箱受到向前的静摩擦力 2 汽车刹车时 速度减小 假设木箱与汽车的接触面是光滑的 则木箱将相对于汽车向前滑行 实际木箱没有滑动 说明有相对汽车向前滑行的趋势 所以木箱受到向后的静摩擦力 3 木箱随汽车一起匀速运动时 二者无相对滑动 也无相对滑动趋势 木箱与汽车间没有摩擦力 4 汽车刹车 木箱相对汽车向前滑动 所以木箱受到向后的滑动摩擦力 5 汽车在匀速行驶过程中突然加速 木箱相对汽车向后滑动 所以木箱受到向前的滑动摩擦力 答案 1 木箱受到向前的静摩擦力 2 木箱受到向后的静摩擦力 3 木箱与汽车间没有摩擦力 4 木箱受到向后的滑动摩擦力 5 木箱受到向前的滑动摩擦力 判断静摩擦力方向时 通过假设没有摩擦力将 相对运动趋势 放大为 相对运动 从而得出相对运动趋势方向 确定静摩擦力 2 如图4 3 4所示 a b两物块竖直叠放在水平面上 今用水平力f拉b物块 两物块均静止 那么物块a和b是否受静摩擦力作用 图4 3 4 解析 本题可以结合运动状态来判断 假设a受到静摩擦力作用 该摩擦力方向一定与接触面相切 即沿水平方向 根据力的作用效果知 a物块在摩擦力作用下不可能处于静止状态 因此与题意是相矛盾的 故a物块不受静摩擦力作用 再对b进行分析 b受到向右的拉力f作用处于平衡状态 由二力平衡特点 则b一定受到地面产生的向左的静摩擦力作用 答案 见解析 问题导思 1 滑动摩擦力的大小与物体的运动快慢有关系吗 2 压力越大静摩擦力越大吗 动摩擦因数越大滑动摩擦越大吗 3 压力一定等于物体的重力吗 摩擦力大小的计算 1 滑动摩擦力大小的计算 1 滑动摩擦力大小与压力成正比 即f n 2 滑动摩擦力的计算 公式法 根据公式f n计算 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的大小根据受力情况确定 动摩擦因数 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 二力平衡法 物体处于平衡状态 匀速运动 静止 时 根据二力平衡条件求解 2 静摩擦力大小的判断 1 根据受力情况和二力平衡条件确定 大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力 2 物体间即将发生相对滑动时的摩擦力为最大静摩擦力 最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力 没有特别说明时一般可认为二者相等 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f的大小与物体运动的速度大小无关 与接触面的面积无关 3 静摩擦力可在0 fmax之间变化 不能用公式f n计算 且静摩擦力与正压力无关 如图4 3 5所示一个m 2kg的物体a放在 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 1kg的小桶b相连 已知a受到的最大静摩擦力fmax 4 5n 滑轮上的摩擦不计 g 10n kg 求在以下情况下 a受到的摩擦力的大小 图4 3 5 1 只挂b 处于静止状态时 2 只挂b但在a上再放一个m 3kg的物体时 3 只在桶内加入m1 0 33kg的砂子时 4 只在桶内加入m2 0 5kg的砂子时 审题指导 先比较桶和砂子的总重力与最大静摩擦力的大小 判断物体a是否滑动 以确定物体a受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力 然后选取恰当的方法求解 解析 1 因为m0g 1nfmax 故物体a运动 受到滑动摩擦力作用 由公式f4 n mg 4n 答案 1 1n 2 1n 3 4 3n 4 4n 1 在求解摩擦力的大小时 一定要分清是求静摩擦力 还是求滑动摩擦力 只有滑动摩擦力才能直接应用公式f n求解 2 公式f n中的n是物体与接触面之间的压力 不一定有n mg 要根据物体受力情况来确定 3 2012 海口一中高一期末 重为400n的木箱放在水平地面上 木箱与地面间的动摩擦因数为0 25 如图4 3 6所示 用水平力f推木箱 当f分别为60n 90n和150n时 木箱受到的摩擦力分别是多少 方向如何 图4 3 6 解析 木箱在f的推动下不知是否移动 应先求最大静摩擦力 在未作说明的情况下 可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力 由f n和n g得fmax g 0 25 400n 100n可见当用60n和90n的水平力推木箱时 推力小于最大静摩擦力 木箱静止不动 由二力平衡可知 静摩擦力的大小分别为60n和90n 方向与f方向相反 当用150n的推力推木箱时 推力大于最大静摩擦力 木箱滑动 摩擦力为滑动摩擦力 因此 摩擦力的大小为100n 方向与相对运动方向相反 即与f方向相反 答案 60n 90n 100n 方向均与f方向相反 如图4 3 7所示 质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数 0 2 从t 0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行 同时受到一个水平向左的恒力f 1n的作用 取g 10m s2 向右为正方向 该物体受到的摩擦力f随时间变化的图象是 综合解题方略 利用图象法研究 摩擦力 图4 3 7 规范解答 答案 a 在利用图象分析摩擦力时要注意的问题1 摩擦力的正 负表示方向 做题时要有正向规定 2 摩擦力的大小如何计算 是静摩擦力还是滑动摩擦力要分清 3 摩擦力的大小是否变化 最好写出表达式 从而判断图线的形状 备课资源 教师用书独具 有关摩擦力的几个问题的辨析1 摩擦力一定是阻力吗 如图教4 3 1甲所示 a b都有向右的速度 但va vb 此时 a受到向右的摩擦力f f与va同向 使物体加速运动 此摩擦力充当a的动力 而b物体受向左的摩擦力f f 与vb反向 它阻碍b运动 为b的阻力 滑动摩擦力可为动力也可为阻力 静摩擦力同样如此 如图教4 3 1乙所示 物块a与传送带一起匀速运动 若一起向上运动 a受到的向上的静摩擦力f为动力 若一起向下运动所受到的向上的静摩擦力f为阻力 2 受静摩擦力的物体一定静止吗 物体是否受到静摩擦力 与物体处于静止还是运动状态没有关系 关键是物体相对于与其接触的物体静止 比如皮带传送机把货物运往高处 物体是运动的 但相对皮带没有滑动 受到的是静摩擦力 其实 生活中很多运动的物体都受到静摩擦力的作用 如一个人端着一杯水走路 杯子受到手的摩擦力 人走路时受到地面的摩擦力 站在启动的火车上的人受到车厢底板的摩擦力 拔河比赛时受到绳子的摩擦力等都是静摩擦力 3 有外力作用才会有静摩擦力吗 产生静摩擦力的原因是因为物体受到不为零的沿接触面方向的外力作用 这种情况确实存在 如图教4 3 2甲所示 用水平力f拉放在地面上的物体 但未拉动 是因为物块受到水平方向静摩擦力的作用 但以此认为沿接触面的外力是产生静摩擦力的前提条件是片面的 不科学的 如图教4 3 2乙所示 放置在水平传送带上并与传送带保持相对静止的货物 在传送带加速或减速时 也会受到静摩擦力的作用 其原因并不是货物在水平方向上受除静摩擦力以外的其他外力作用 而是因为货物与传送带间存在相对运动趋势 可见 相互接触的物体要产生静摩擦力 物体间必须具有相对运动趋势 而这种 相对运动趋势 既可由外力产生 也可以是由运动状态的改变而产生 4 压力越大 滑动摩擦力越大吗 由f n可知 当 一定时 滑动摩擦力与压力成正比 压力越大 滑动摩擦力越大 最大静摩擦力也与压力成正比 压力越大 最大静摩擦力也越大 而静摩擦力的大小应根据物体的运动状态 利用平衡条件或牛顿运动定律求解 5 接触面积越大 滑动摩擦力越大吗 根据f n 滑动摩擦力的大小只由 n决定 与物体的运动状态 受力情况以及接触面积的大小无关 滑动摩擦力的大小与接触面积无关 是因为虽然接触面积增大 增大了阻碍物体之间的相对运动的作用 但是另一方面 接触面积增大 减小了单位面积上物体受到的压力 因而减小了阻碍物体之间的相对运动的作用 6 动摩擦因数都小于1吗 教材中所给出的两种材料间的动摩擦因数都小于1 因此有的学生就误认为材料间的动摩擦因数总是小于1的 其实两种材料间的动摩擦因数也有大于1的情况 实验结果表明 对于一般机械加工的表面 动摩擦因数同表面的粗糙程度无关 对于很粗糙的表面 因接触面上的峰和谷交错吻合 会使动摩擦因数增大 对于非常光滑的表面 尤其是特别清洁的表面 由于真正接触面积增大和粘结点粘结强度提高 所以动摩擦因数更大 表面越光洁 摩擦因数越大 这是和直觉不同的 大气中的金属表面 常附有氧化物薄膜 同时还可以吸附其他物质 例如水蒸气 使表面受到沾污 这层薄膜阻碍接触表面金属原子直接接触 降低粘结点的粘结力 使动摩擦因数减小 在大气中 金属的动摩擦因数一般均小于1 对于少数在大气中稳定的软金属 如铟 动摩擦因数可高达1 5 2 0 将金属放在10 5mmhg 10 6mmhg的真空中加热到一定的程度 并保持一段时间 除去表面玷污 冷却后测定动摩擦因数 可达5 6 非常清洁的表面互相接触并受到一定压力 甚至发生粘连 不能滑动的现象称为咬卡 铁在发生粘连时 粘结点的强度可达630n mm2 约为铁本身的强度 这又表明摩擦力确实来源于接触表面原子之间的相互作用力 1 关于物体受静摩擦力的叙述中 正确的是 a 静摩擦力的方向不一定与物体运动方向相反b 静摩擦力的方向不可能与物体运动方向相同c 静摩擦力的方向可能与物体相对运动趋势的方向垂直d 静止物体所受静摩擦力一定为零 解析 静摩擦力的方向与物体间相对运动趋势的方向相反 与运动方向之间无关系 即可以相同 可以相反 也可以有任意夹角 但