高中物理 第3章 相互作用 第3节 摩擦力课件 新人教版必修1.ppt

第3节摩擦力 教师参考 一 教学目标知识与技能1 理解静摩擦力产生的条件 会用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向 知道最大静摩擦力的概念2 理解滑动摩擦力产生的条件 会判断滑动摩擦力的方向3 知道动摩擦因数 会用f fn计算滑动摩擦力的大小过程与方法思考摩擦力产生的原因 探究和讨论两种摩擦力的产生条件 结合现实生活中的例子进行分析 得出结论 体会相对运动和相对运动趋势的含义 再从大小的角度去分析研究这两种力情感态度与价值观让学生体会物理这一学科与现实生活的联系 体会教材的知识源于生活 更能促使学生研究 分析 解决问题 二 教学重点难点教学重点1 静摩擦力的有无及方向的判断2 摩擦力大小的计算教学难点1 摩擦力概念的理解2 两种摩擦力方向的判断三 重难点突破方略静摩擦力方向的突破方略 演示与思考1 展示箱子 并将其放在水平面上 提出问题 1 静止在水平面上的箱子 没有力推它时 水平面对它是否有摩擦力的作用 学生 无 2 当水平用力推箱子 但箱子未动 水平面对它是否有摩擦力的作用 学生 有 3 这种摩擦力叫什么名字 学生 静摩擦力 4 这两种情况中箱子同样未动 为什么用水平力推时水平面对它有静摩擦力作用呢 学生1 用水平推力推而未动 由二力平衡可知 水平面对它有静摩擦力作用与水平推力相平衡 学生2 因为箱子相对水平面有运动趋势 教师总结 箱子虽然是静止的 但在水平力的作用下想要运动 这种想动而未动称为相对运动趋势 思考与讨论 1 箱子被水平力推而未动 静摩擦力对物体起到什么作用呢 学生1 静摩擦力对物体起到阻力的作用 学生2 静摩擦力阻碍箱子的相对运动趋势 2 若水平向左推箱子而未动 箱子相对水平面有什么方向的运动趋势 水平面对它的静摩擦力是什么方向 学生 箱子相对水平面有水平向左的运动趋势 水平面对它的静摩擦力是水平向右的 3 若水平向右推箱子而未动 箱子相对水平面有什么方向的运动趋势 地面对它的静摩擦力是什么方向 学生 箱子相对水平面有水平向右的运动趋势 水平面对它的静摩擦力是水平向左的 教师总结 静摩擦力的方向跟相对运动趋势的方向相反 演示与思考2 在水平的桌面上放一个斜面体 将一个滑块静止放在斜面体上 提出问题 1 滑块有什么方向的相对运动趋势 斜面体对滑块的静摩擦力方向如何 学生 滑块有沿斜面向下的相对运动趋势 斜面体对滑块的静摩擦力方向沿斜面向上 2 用手推动斜面体 滑块和斜面体一起水平向右运动 滑块受到的摩擦力是水平向左吗 学生 不是水平向左 3 滑块和斜面体一起水平向右运动 滑块有什么方向的相对运动趋势 这种相对运动趋势是相对地面吗 斜面体对滑块的静摩擦力方向如何 学生 滑块有沿斜面向下的相对运动趋势 这种相对运动趋势不是相对于地面 是相对于斜面体 斜面体对滑块的静摩擦力方向沿斜面向上 课堂探究 自主学习 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一如图所示 人推箱子 推不动 是什么原因呢 猴子在树干上掉不下来 为什么呢 人在冰面上走路时会非常困难 又是什么原因呢 信息人推箱子 推不动是因为推力与地面对箱子的摩擦力平衡 猴子在树干上掉不下来 是因为树干对猴子的摩擦力与猴子受到的重力平衡 人在冰面上走路时会非常困难 是因为冰面比较光滑 人受到的摩擦力小 不容易控制行走 情境链接二当太阳重新又点亮一个新的黎明 你睁开双眼 此刻你的眼球和眼皮之间已经完成了今天的第一次摩擦 而你却全然不知 接着 你撩开被子伸手去抓衣服 扣上纽扣 穿好衣服 蹬上鞋子 迈步走向洗漱间 这些是离不开摩擦力的 摩擦无时不有 无所不在 它有时十分可爱 有时又相当讨厌 我们应当怎样扬其所长 很好地驾驭它呢 信息迈步行走时 鞋子与地面及鞋子与脚之间都产生了摩擦力 写字和画图时 铅笔和圆珠笔靠摩擦力才能握在手中 砂轮 砂纸是专门制造较大的摩擦力来工作的 教材梳理 一 摩擦力两个相互接触的物体 当它们发生或具有时 就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力 相对运动 相对运动的趋势 二 静摩擦力与滑动摩擦力 相对运动的趋势 阻碍 想一想教材第58页图3 3 3中 传送带靠静摩擦力把货物送到高处 那么货物所受的静摩擦力方向如何 答案 货物所受静摩擦力的方向沿传送带向上 相对运动趋势 相对运动 最大静摩擦力fmax fmax 压力 fn 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 静摩擦力一定是阻力 4 静止的物体可能受到滑动摩擦力 5 滑动摩擦力的方向沿接触面 与物体运动方向相反 6 滑动摩擦力可能是动力 思考判断 答案 1 2 3 4 5 6 要点一 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 静摩擦力 1 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 2n时 木块没有动 逐渐增大拉力到2 2n时 木块仍静止 继续增大拉力到4 2n时 木块开始移动 此时拉力突然变小到4 0n 此后木块匀速运动 拉力保持4 0n不变 1 木块受到拉力1 2n时没有动 说明什么问题 2 随着外力的增大 静摩擦力怎样变化 3 木块所受的静摩擦力沿什么方向 答案 1 木块受到的静摩擦力与拉力平衡 2 随着拉力增大 由二力平衡可知静摩擦力也在增大 3 静摩擦力在木块与桌面间产生 方向沿接触面指向木块有相对运动趋势的反方向 即向左 2 用传送带将货物由低处传送到高处 如图所示 传送带匀速运动 货物和传送带相对静止 1 货物靠什么力被送到高处 此力方向如何 2 只有静止的物体才受静摩擦力吗 静摩擦力总是阻碍物体的运动吗 答案 1 静摩擦力 方向沿传送带向上 2 产生静摩擦力的两物体之间相对静止 但不是说两个物体都一定处于静止状态 静摩擦力总是阻碍物体的相对运动趋势 不是阻碍运动 本题中静摩擦力充当动力 要点归纳 1 静摩擦力的方向 1 静摩擦力的方向总是跟接触面相切 并且跟物体相对运动趋势的方向相反 如图 甲 所示 静止在斜面上的物体m有沿斜面下滑的趋势 所以物体受到沿斜面向上的静摩擦力 2 静摩擦力的方向可以与运动方向相同 也可以与运动方向相反 也可与运动方向不在一条直线上 如手握瓶子在水平方向上运动 此时静摩擦力的方向竖直向上 与运动方向是垂直的 又如图 乙 所示 用力f拉水平地面上的物体a a与物体b保持相对静止做加速运动 可假设a b间无摩擦力 则a做加速运动时 b不可能随a一起运动 故a b间有摩擦力 而b相对a有向后运动的趋势 所以b受到方向与运动方向相同的静摩擦力作用 2 静摩擦力的大小 1 静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力的大小 两物体间的静摩擦力f在0和最大静摩擦力fmax之间 即0 f fmax 2 fmax为最大静摩擦力 大小等于物体刚要发生相对运动时所需要的沿相对运动趋势方向的最小外力 其值略大于滑动摩擦力 有时认为二者相等 3 静摩擦力的大小与正压力无关 但最大静摩擦力的大小与正压力成正比 3 判断静摩擦力有无的方法 1 假设法假设接触面间光滑 2 平衡条件法 根据二力平衡的条件判定 例1 如图所示的皮带传动装置中 o1是主动轮 o2是从动轮 a b分别是皮带上与两轮接触的点 c d分别是两轮边缘与皮带接触的点 为清楚起见 图中将两轮与皮带画得略微分开 而实际上皮带与两轮是紧密接触的 当o2顺时针起动时 若皮带与两轮不打滑 则a b c d各点所受静摩擦力的方向分别是 a 向上 向下 向下 向上b 向下 向上 向上 向下c 向上 向上 向下 向下d 向下 向下 向上 向上 c 思维导图 解析 1 假设主动轮o1与皮带间无摩擦力作用 则当o1顺时针起动时 o1与皮带间将打滑 此时c点将相对于a点向上运动 实际上 o1与皮带间没有打滑 可见c点相对于a点有向上运动的趋势 反之a点相对于c点有向下运动的趋势 由于静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反 可知c a两点受到的静摩擦力fc fa的方向分别是向下 向上 同理b d两点受到的静摩擦力fb fd的方向分别是向上 向下 即a b c d各点所受静摩擦力的方向如图所示 2 我们也可设想物体在接触面处长有垂直于接触面的 毛刷子 两物体的 毛刷 交叉镶嵌 当主动轮o1带动皮带转动时 c点处的 毛刷 将向下偏 a点处的 毛刷 将向上偏 各点所受摩擦力的方向应与 毛刷 的偏向一致 同样也可得知b d点所受静摩擦力的方向 3 我们还可以从动力和阻力的角度来分析 主动轮o1带动皮带 c点所受的摩擦力fc是主动轮转动的阻力 应与c点实际运动方向相反 即fc向下 a点所受摩擦力fa是皮带转动的动力 应与a点实际运动方向相同 即fa向上 同样我们也可以分析出b d两点的静摩擦力的方向 规律方法静摩擦力与运动的关系辨析 1 受静摩擦力作用的物体不一定是静止的 关键决定于相对另一物体是否有相对运动趋势 2 静摩擦力阻碍的是物体间的相对运动趋势 但不一定阻碍物体的运动 即静摩擦力不一定是阻力 方向与物体运动方向可能相同 也可能相反 还可能成一定夹角 3 皮带不打滑说明皮带与轮接触处 皮带相对于轮静止 静摩擦力对主动轮是阻力 对从动轮是动力 教师备用 例1 1 如图所示 一辆汽车在平直公路上 车上有一木箱 试判断下列情况中 木箱所受的摩擦力及其方向 1 汽车由静止加速运动时 木箱和车面无相对滑动 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 则汽车加速时 它将相对于汽车向后滑动 说明木箱相对汽车有向后滑动的趋势 所以木箱受到向前的静摩擦力 答案 1 向前的静摩擦力 解析 2 汽车刹车时 汽车速度减小 假设木箱与汽车的接触面是光滑的 则木箱将相对汽车向前滑行 实际木箱没有滑动 说明木箱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 木箱与汽车间无相对滑动 说明木箱与汽车间没有相对运动趋势 没有摩擦力 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 答案 2 向后的静摩擦力 3 无摩擦力 解析 4 汽车刹车 木箱相对于汽车向前滑动 易知木箱受向后的滑动摩擦力 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 易知木箱受到向前的滑动摩擦力 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 答案 4 向后的滑动摩擦力 5 向前的滑动摩擦力 针对训练1 多选 如图所示 皮带传输机将物体匀速地送往高处 下列结论正确的是 a 物体受到与运动方向相同的摩擦力的作用b 传送的速度越大 物体受到的摩擦力也越大c 物体所受的摩擦力与匀速传送的速度无关d 若匀速地向下传送物体 物体所受的摩擦力沿皮带向下 ac 解析 物体与皮带相对静止 两者之间存在静摩擦力 物体随传送带向上匀速运动中 物体相对于传送带一定有向下运动的趋势 即静摩擦力的方向沿皮带向上 与皮带匀速传送的速度大小无关 选项a c正确 要点二 问题导学 1 放在水平桌面上的木板 木板上有一木块 分别在桌面和木板上作出标记 快速向右拉动木板 木块在木板上滑动 则 1 木块的运动沿什么方向 木块相对木板的运动沿什么方向 答案 1 木块的运动方向水平向右 木块相对木板向左运动 滑动摩擦力 2 木块受到的滑动摩擦力沿什么方向 滑动摩擦力的方向一定与运动方向相反吗 摩擦力一定是阻力吗 3 滑动摩擦力阻碍木块的运动还是阻碍木块相对木板的运动 4 如果拉动木块使其运动但木板仍然静止 则静止的木板所受木块的摩擦力是滑动摩擦力还是静摩擦力 如果拉动木板时木块随木板一起向右运动 则运动的木块受到的摩擦力是滑动摩擦力还是静摩擦力 答案 2 木块受到的滑动摩擦力水平向右 滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反 与运动方向无关 摩擦力不一定是阻力 也可以是动力 3 滑动摩擦力不是阻碍木块的运动 而是阻碍木块相对木板的运动 4 静止的木板受到的是滑动摩擦力 运动的木块受到的是静摩擦力 2 把手按在桌面上 用力向前滑动 如图甲 手有什么感觉 再用另一只手压在手上在桌面上滑动 如图乙 感觉有什么不同 说明什么问题 把一只手放在玻璃上 如图丙 滑动 与甲种情况压力相同 感觉又怎样 说明什么问题 答案 手向前滑 感觉到桌面给手向后的摩擦力 增大压力 会感觉摩擦力变大 这说明滑动摩擦力的大小与垂直于接触面的压力有关 手在玻璃上滑动 感觉摩擦力变小 说明滑动摩擦力大小还与接触面的粗糙程度有关 要点归纳 1 滑动摩擦力的方向 1 总是沿着接触面 并且跟物体相对运动的方向相反 2 可能与物体的运动方向相同 也可能与物体的运动方向相反 3 判断滑动摩擦力方向的基本步骤 2 滑动摩擦力公式f fn的理解 1 f的大小与fn成正比 与物体的运动状态无关 2 动摩擦因数 与接触面的粗糙程度和材料有关 与物体间的压力 相对运动的速度及接触面的大小均无关 3 fn是物体与接触面间的正压力 不一定等于物体的重力 求fn要根据物体受力情况而定 3 滑动摩擦力大小的计算方法 1 公式法 由f fn计算 2 二力平衡法 物体匀速直线运动或静止时 有相对运动 根据二力平衡求解 例2 2017 绍兴高一检测 如图所示 质量为20kg的物体放在水平地面上 已知物体与水平地面间的最大静摩擦力为120n 动摩擦因数是0 5 物体的一端与一根劲度系数为4 103n m的轻质弹簧相连 设弹簧的形变均在弹性限度内 取g 10m s2 问 1 将弹簧拉长2cm时 物体受到地面的摩擦力ff1多大 2 将弹簧拉长4cm时 物体受到地面的摩擦力ff2多大 3 物体在水平面上匀速运动时 弹簧形变量 x多大 思维导图 解析 1 根据胡克定律f kx 当x 2cm 0 02m时 f1 4 103n m 0 02m 80n 由于拉力f1小于最大静摩擦力 物体具有向右的运动趋势 此时物体受到地面的静摩擦力大小为ff1 80n 2 当x 4cm 0 04m时 f2 4 103n m 0 04m 160n 大于最大静摩擦力 物体已经运动 这时摩擦力为滑动摩擦力 大小为ff2 fn mg 0 5 20kg 10m s2 100n 3 当物体在水平面上匀速运动时 物体受滑动摩擦力 摩擦力和拉力为一对平衡力 即弹簧拉力f mg 100n 由f k x解得 x 0 025m 答案 1 80n 2 100n 3 0 025m 规律方法解决滑动摩擦力的注意点 1 压力不一定等于物体受到的重力 如下列四种情况所示 2 滑动摩擦力的大小只取决于动摩擦因数和物体之间的压力 与物体间接触面的大小及运动速度大小无关 教师备用 例2 1 2017 淮安高一检测 如图所示 物体a重40n 物体b重20n 各接触面均粗糙 已知a与地的动摩擦因数为0 2 物体b用细绳系住 当水平力f 20n时 才能将a匀速拉出 求 1 匀速将a拉出过程中地面对a的摩擦力 解析 1 对a物体为研究对象 其受力情况如图所示 物体b对其压力fn2 gb则地面与a间的压力fn1 ga gba受地面的摩擦力大小ff1 fn1 ga gb 0 2 40n 20n 12n 方向水平向左 答案 1 12n 2 a b之间的动摩擦因数 解析 2 a拉出过程中 除地面对其有向左的摩擦力外 b对a还有向左的滑动摩擦力 则由二力平衡 两摩擦力看做一个力 得a受b的滑动摩擦力大小ff2 f ff1 20n 12n 8n 由ff2 fn2 gb得 0 4 答案 2 0 4 解析 水平推力f 2 5n之前 物体未动 物体受静摩擦力ff f 当f 2 5n后 ff发生突变 变成滑动摩擦力 由于fn g 则摩擦力大小为 g 0 2 10n 2n 所以作出ff f图像如图所示 答案 见解析 针对训练2 2017 合肥高一检测 如图 a 所示 a物体放在水平面上 动摩擦因数为0 2 物体a重10n 设物体a与水平面间的最大静摩擦力为2 5n 若对a施加一个由零均匀增大到6n的水平推力f 请在图 b 中画出a所受的摩擦力ff随水平推力f变化的图线 教师参考 教材探究 1 由教材p57图3 3 1判断 静止的木箱如果不受摩擦力 在推力作用下将向哪一方向运动 木箱如果受到摩擦力 摩擦力是什么方向 与物体将要运动的方向有何关系 答案 静止的木箱如果不受摩擦力将向右运动 木箱受到向左的摩擦力 与物体将要运动的方向相反 2 教材p57图3 3 1中 箱子静止时 小孩的推力和箱子与地面间的静摩擦力的大小是什么关系 随着小孩推力的增大 静摩擦力怎样变化 静摩擦力的增大是否有一个限度 答案 箱子静止时 小孩的推力和箱子与地面间的静摩擦力大小相等 随着小孩推力的增大 静摩擦力增大 当推力增大到某一数值时箱子开始滑动 因此 静摩擦力的增大有一个限度 即最大静摩擦力 达标测评随堂演练 检测效果 1 2017 上海杨浦高一检测 某同学骑自行车时 地面对前轮的摩擦力为f1 对后轮的摩擦力为ff1 推自行车时 地面对前轮摩擦力为f2 对后轮的摩擦力为ff2 则 a f1与车前进方向相同b f2与车前进方向相同c ff1与车前进方向相同d ff2与车前进方向相同 c 解析 骑车前进时 后轮是主动轮 在它与地面接触处有相对地面向后滑的趋势 故受向前的摩擦力 前轮是从动轮 它在与地面接触处有相对于地面向前滑的