高中物理 第三章 相互作用 3.3 摩擦力课件2 新人教版必修1.ppt

3摩擦力 1 摩擦力 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时 在接触面上产生的阻碍 或 的力 相对运动 相对运动趋势 2 静摩擦力 1 定义 两个只有 而没有相对运动的物体之间产生的摩擦力 2 方向 沿着 如果接触面是曲面 静摩擦力的方向与接触面 并且跟物体的 的方向相反 相对运动趋势 接触面 相切 相对运动趋势 3 大小 范围 fmax为最大静摩擦力 由物体的运动状态及外界对它的施力情况决定 4 作用效果 总是阻碍物体间的 0 f fmax 相对运动趋势 3 滑动摩擦力 1 定义 当一个物体在另一个物体表面上 时 受到另一个物体阻碍它 的力 2 方向 总是沿着 并且跟物体的 的方向相反 3 大小 f fn为 为动摩擦因数 4 作用效果 总是阻碍物体间的 滑动 滑动 接触面 相对运动 fn 压力 相对运动 预习自测 1 下列关于物体受静摩擦力作用的叙述 正确的是 a 静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反b 静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同c 静摩擦力的方向既可能与物体的运动方向相反 也可能与物体的运动方向相同d 静止物体所受摩擦力一定为零 解析 选c 静摩擦力的方向总与物体的相对运动趋势方向相反 与物体的运动方向没有必然的联系 静止的物体也可能有相对运动趋势 2 关于滑动摩擦力 以下说法中正确的是 a 滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反b 滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动c 只有运动的物体才受到滑动摩擦力d 滑动摩擦力总跟物体的重力成正比 解析 选b 滑动摩擦力总跟物体相对运动的方向相反 阻碍物体间的相对运动 但并不一定跟物体的运动方向相反 故选项a错 b正确 滑动摩擦力产生在相对运动的物体间 静止的物体也可以受滑动摩擦力 故选项c错 滑动摩擦力的大小一定跟接触面间的压力成正比 但压力不一定等于重力 所以 不能说滑动摩擦力跟物体的重力成正比 选项d错 3 关于由滑动摩擦力公式f fn推出的 下列说法正确的是 a 动摩擦因数 与摩擦力f成正比 f越大 越大b 动摩擦因数 与正压力fn成反比 fn越大 越小c 与f成正比 与fn成反比d 的大小由两物体接触面的情况及其材料决定 解析 选d 动摩擦因数 的大小由接触面的粗糙程度及其材料决定 与摩擦力f和正压力fn无关 故d正确 主题一静摩擦力 问题探究 探究点1静摩擦力的产生条件和方向 1 如图甲所示 物块静止在水平面上 物块会不会受到静摩擦力的作用 为什么 提示 物块不会受到静摩擦力 因为物块静止在水平面上 物块在水平方向上不受外力 没有相对地面运动的趋势 2 如图乙所示 在竖直墙面上 如果 物块在外力f的作用下静止在粗糙的竖直墙面上 撤去外力f 物块沿竖直墙面下滑 试比较图乙中两种情况下 是否都受摩擦力的作用 情况 中 情况 中 物块与竖直墙面之间有相互挤压的力 物块受重力作用有向下运动的趋势 故物块一定受 竖直向上的静摩擦力作用 物块与竖直墙面接触 但两者之间没有 相互挤压的力 物块沿竖直墙面下滑 虽然接触面 粗糙 但不受摩擦力 3 如图丙所示 将一小物体放在固定斜面上 如果 斜面光滑 小物体沿斜面下滑 斜面粗糙 小物体静止在斜面上 试比较图丙中斜面光滑与粗糙两种情况下 小物体受摩擦力情况有何不同 斜面光滑时 斜面粗糙时 小物体沿斜面下滑 小物体与斜面接触 而且对斜面有压力 由于斜面光滑 故不受摩擦力 小物体与斜面接触且对斜面有压力 相对斜面还有下滑的运动趋势 故受静摩擦力作用 4 如图丁所示 货物被一倾斜传送带匀速送到高处 且货物和传送带相对静止 传送带靠什么力把货物送到高处 此力方向如何 提示 货物被送到高处是受到了传送带的静摩擦力的作用 静摩擦力方向沿传送带向上 5 在图甲 乙 丙 丁存在静摩擦力的情景中 静摩擦力方向与相对运动趋势方向的关系怎样 是动力还是阻力 提示 图甲中 不存在静摩擦力 图乙情景中的 图丙情景中的 及图丁中的静摩擦力方向与相对运动趋势的方向均相反 图乙情景中的 图丙情景中的 静摩擦力是阻力 图丁中的静摩擦力是动力 探究点2静摩擦力的大小如图所示 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 在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团 可以作为指针到达最大位置的标记 它可以随指针移动 拉力f逐渐增大 木块保持静止 直到拉力达到某一数值时木块开始移动 观察弹簧测力计示数及其变化情况 1 随着外力的增大 静摩擦力大小变化吗 若变化 如何变化 提示 由二力平衡知 随着外力的增大 静摩擦力大小发生变化 相应增大 2 木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点 提示 木块开始移动时弹簧测力计的示数达到最大 即最大静摩擦力 静摩擦力的数值存在一个范围 即0 f fmax 3 若在木块上增加砝码 木块开始移动时弹簧测力计的示数如何变化 由此得出什么结论 弹簧测力计的变化情况是 结论是 木块开始移动时 弹簧测力计的示数增大 最大静摩擦力随正压力的增大而增大 探究总结 1 静摩擦力产生的条件 1 两物体的接触面是粗糙的 2 两物体存在相对运动趋势 3 两物体在接触面上有压力 弹力 2 静摩擦力的方向 1 沿着接触面 并且跟物体间相对运动趋势的方向相反 2 跟物体运动的方向可能相同 也可能相反 3 静摩擦力的大小 1 大小的范围 0 f fmax 2 计算 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 3 最大静摩擦力 最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力 一般情况下为分析问题方便 可认为二者相等 4 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 4 静摩擦力有无的判断三法 1 产生条件判断法 接触面之间有压力 粗糙且有相对运动趋势 2 假设法 3 平衡条件法 根据二力平衡的条件判断 拓展延伸 1 摩擦力与弹力的存在关系 两物体间有摩擦力时 必有弹力 而两物体间有弹力时 不一定有摩擦力 2 静摩擦力被动性的表现 1 静摩擦力的大小随外力的变化而变化 2 静摩擦力的方向可能随外力大小 方向的变化而变化 典例示范 如图所示 一个m 2kg的物体放在 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的小桶相连 已知m与水平面间的最大静摩擦力fm 4 5n 滑轮的摩擦不计 g取10m s2 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 3kg的物体时 3 只在桶内加入m1 0 33kg的沙子时 解题指南 解答本题时应明确以下两点 1 m0静止时 根据二力平衡知 ft m0g 2 m静止时 根据二力平衡知 ff ft 解析 1 因为m0g 1n 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 1n 2 在m上再放一个m 3kg的物体 m仍静止 故受静摩擦力f2 f1 m0g 1n 3 因为 m0 m1 g 4 3n fm 故m处于静止状态 所受静摩擦力f3 m0 m1 g 4 3n 答案 1 1n 2 1n 3 4 3n 探究训练 1 关于摩擦力 下列说法中正确的是 a 两个接触的相对静止的物体间一定有摩擦力b 受静摩擦力作用的物体一定是静止的c 静止的物体一定受静摩擦力d 物体间正压力一定时 静摩擦力的大小可以变化 但有一个限度 解析 选d 摩擦力的产生条件是接触且挤压 接触面粗糙 有相对运动 或相对运动趋势 三者缺一不可 故选项a错误 受静摩擦力作用的物体不一定是静止的 例如 手拿竖直的笔在空中匀速运动 笔受到静摩擦力 故选项b错误 静止的物体可能受滑动摩擦力 例如 擦黑板时 静止的黑板受到的就是滑动摩擦力 故选项c错误 静摩擦力有最大值 即最大静摩擦力 故选项d正确 2 多选 2017 福州高一检测 人如果握住旗杆匀速上爬 则下列说法正确的是 a 人受的摩擦力的方向是向下的b 人受的摩擦力的方向是向上的c 手握旗杆的力越大 人受的摩擦力也越大d 手握旗杆的力增加 人受的摩擦力保持不变 解析 选b d 人握住旗杆匀速上爬时 受到向下的重力和向上的摩擦力而受力平衡 选项a错误 b正确 手与旗杆间不发生相对滑动 所以人受的是静摩擦力 手握旗杆的力越大 只是人受到的最大静摩擦力越大 而实际静摩擦力的大小始终等于重力大小 选项c错误 d正确 3 如图所示 一木块放在水平桌面上 在水平方向共受到三个力的作用 木块处于静止状态 其中f1 10n f2 2n 若撤去力f1 则木块在水平方向受到的摩擦力为 a 8n 方向向右b 6n 方向向右c 2n 方向向右d 0 解析 选c 未撤去f1前 木块静止 说明木块所受的静摩擦力大小f f1 f2 8n 方向向左 也说明了最大静摩擦力fmax 8n 当撤去f1后 在f2作用下木块有向左运动的趋势 所以地面给木块的静摩擦力方向变为向右 又因f2 2n 小于最大静摩擦力 故木块仍保持静止 故选项c正确 补偿训练 1 多选 用手握住一个油瓶 油瓶始终处于竖直方向 如图所示 下列说法正确的是 a 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和油瓶的重力相等d 以上说法都正确 解析 选a c 用手握住一个油瓶 油瓶在竖直方向受到重力和静摩擦力且mg f静 故选项c正确 b d错误 油瓶中油越多 对应的静摩擦力越大 当静摩擦力达到最大时 油瓶恰要下滑 此时 fn mg 若再加油 即m变大 则fn就变大 也就是手握得更紧 故选项a正确 2 如图所示 地面上叠放着a b两物体 a b两物体重力都等于10n f 1n的两个水平力分别作用在a和b上 a和b均静止 则地面对b和b对a的摩擦力分别为 a 6n 3nb 1n 1nc 0 1nd 0 2n 解析 选c 对物体a受力分析 a受到重力 支持力 拉力f b对a的静摩擦力f 列平衡方程得f f 1n 物体b水平方向受拉力f 向左1n a对b的静摩擦力f 向右1n 物体b受力平衡 没有运动趋势 故不受地面的摩擦力 3 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o1顺时针启动时 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 解析 选c 假设主动轮o1与皮带间无摩擦力作用 则当o1顺时针启动时 o1与皮带间将打滑 此时c点相对于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 根据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 我们可以得到b d两点受到的静摩擦力fb fd的方向分别是向上 向下 所以 a b c d各点所受静摩擦力的方向如图所示 故c正确 4 如图所示 用50n的作用力f将重10n的物体压在竖直墙壁上保持静止不动 问物体受到的摩擦力多大 方向如何 解析 对物体做受力分析如图所示 由于物体静止 故g f 解得f 10n 方向竖直向上 答案 10n竖直向上 主题二滑动摩擦力 问题探究 1 如图所示 缓慢拉动木块1下面的木板2 弹簧测力计产生示数 则弹簧测力计的示数和滑动摩擦力的大小是什么关系 提示 缓慢 说明木块处于平衡状态 由二力平衡可知 弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力 2 在木块1上再加一个物块 缓慢拉动木板2 弹簧测力计的示数将会如何变化 说明什么问题 1 弹簧测力计的变化情况是 2 说明的问题是 弹簧测力计的示数 将会增大 滑动摩擦力的大小随着木块与 木板间的压力的增大而增大 3 在木板上铺上毛巾 缓慢拉动木板2 弹簧测力计的示数将会如何变化 1 弹簧测力计的变化情况是 2 说明的问题是 弹簧测力计的示数 将会增大 滑动摩擦力的大小随着接触面 粗糙程度的增大而增大 4 改变木块1上所加物块的质量 分别在2 3的情景中重复操作 分别记录木块1的质量 所加物块的质量和弹簧测力计的示数 分析滑动摩擦力和压力之间存在什么关系 动摩擦因数跟什么因素有关 1 滑动摩擦力和压力的关系是 2 动摩擦因数的影响因素是 滑动摩擦力和压力 成正比 动摩擦因数跟相互接 触的两物体接触面材料有关 探究总结 1 滑动摩擦力产生的条件 1 两物体相互接触且有挤压 2 物体间的接触面粗糙 3 两物体间发生相对运动 2 滑动摩擦力的大小的计算方法 1 公式法 根据公式f fn计算 2 二力平衡法 根据二力平衡条件求解 3 影响动摩擦因数的因素 与材料和接触面粗糙程度有关 而与物体间的压力 接触面的面积大小无关 拓展延伸 静摩擦力和滑动摩擦力作用的比较 1 静摩擦力的作用效果 静摩擦力的方向总是与物体间相对运动趋势的方向相反 与物体的运动方向关系不确定 可以相反 也可以相同 还可以成一定角度 即静摩擦力可以是阻力 也可以是动力 2 滑动摩擦力的作用效果 滑动摩擦力的方向总是与相对运动的方向相反 与物体的运动方向可以相同 也可以相反 即滑动摩擦力可以是阻力 也可以是动力 典例示范 2017 哈尔滨高一检测 重为150n 长为l 2m的均匀木棒放在水平桌面上 如图甲所示 至少要用25n的水平推力 才能使它从原地开始运动 木棒从原地移动以后 用15n的水平推力 就可以使木棒继续做匀速运动 求 1 木棒与桌面间的最大静摩擦力fmax 2 木棒与桌面间的动摩擦因数 3 当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0 8m露出桌面时 如图乙所示 水平推力的大小f 解题指南 解答本题应注意以下两点 1 水平推力等于最大静摩擦力时木棒才能运动 2 滑动摩擦力与正压力成正比 与接触面的大小无关 解析 1 木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力 所以fmax f1 25n 2 水平推力f2与滑动摩擦力相等时 木棒做匀速运动 所以f2 fn mg解得 0 1 3 当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0 8m露出桌面时 水平推力等于此时的滑动摩擦力 而滑动摩擦力f fn mg不变 所以f 15n 答案 1 25n 2 0 1 3 15n 探究训练 1 多选 2017 安庆高一检测 有关滑动摩擦力的下列说法中 正确的是 a 有压力一定有滑动摩擦力b 有滑动摩擦力一定有压力c 滑动摩擦力总是与接触面上的压力垂直d 只有运动物体才受滑动摩擦力 解析 选b c 产生滑动摩擦力的条件有三个 正压力 相互接触且挤压 接触面粗糙 发生相对滑动 缺一不可 由产生条件可知 a错误 b正确 滑动摩擦力方向与接触面相切 而压力垂直于接触面 所以滑动摩擦力方向跟接触面所受压力垂直 c正确 如擦黑板时 黑板是静止的 但相对于黑板擦是运动的 也受滑动摩擦力 所以关键是 相对运动 故d错误 2 某同学利用弹簧测力计测定木块a与木板b间的动摩擦因数 具体操作如下 1 如图甲 乙是两种实验设计方案 请完成横线上的空白部分 方案一 如图甲所示 木板b静止在水平桌面上 用手通过弹簧测力计向右拉木块a 使木块a向右匀速运动 读出此时弹簧测力计的读数f 再用弹簧测力计测出木块a的重力g 由平衡条件可知 滑动摩擦力ff a b间的正压力fn 所以动摩擦因数 方案二 如图乙所示 将弹簧测力计c的吊环套在直立固定在桌边的铁钉d上 挂钩端与木块a相连 用力f拉拉放在桌面上的木板b 使其缓慢向右运动 a相对地面静止时 a受的滑动摩擦力等于弹簧的拉力 a在b上相对b向左滑动 读出此时c的读数f 即为a所受的滑动摩擦力ff 用c测出a的重力g 则a b间的动摩擦因数 2 从实际操作考虑 你认为上述哪种方案更可行 解析 1 方案一中 a匀速向右滑动时 由二力平衡知ff f a对b的正压力fn g 则 同理 方案二中 2 在方案一中 弹簧测力计对木块a的拉力只有在木块匀速前进时才等于滑动摩擦力的大小 但这种操作方式很难保证木块a匀速前进 而在第二种方案中 不论木板b如何运动 木块a总是处于平衡状态 弹簧测力计的示数等于木块a所受滑动摩擦力的大小 故第二种方案更切实可行 答案 见解析 补偿训练 1 如图甲所示 重为g的物体与地面间的动摩擦因数为 且开始时物体静止 现对其施加外力f 且f随时间t的变化关系是f kt k为正的常数 则物体所受的摩擦力ff随时间t的变化关系为图乙中的 解析 选b 开始时物体与地面相对静止 物体与地面间的摩擦力为静摩擦力 随着t的增大 摩擦力线性增大 且ff f kt 当f增大到最大静摩擦力时 物体开始滑动 静摩擦力转化为滑动摩擦力 此后滑动摩擦力ff fn g 它是一个与外力f无关的恒量 又因为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 故选项b正确 2 多选 如图所示 在探究摩擦力的实验中 用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块 小木块的运动状态和弹簧测力计的读数如下表所示 每次实验时 木块与桌面的接触面相同 则由下表分析可知 下列选项正确的是 a 木块受到的最大静摩擦力为0 7nb 木块受到的最大静摩擦力可能为0 6nc 在这五次实验中 木块受到的摩擦力大小都是相同的d 在这五次实验中 木块受到的摩擦力大小各不相同 解析 选b 第1次和第2次实验都没有拉动木块 说明这两次的拉力大小均未超过最大静摩擦力 第三次实验时 木块做加速运动 说明拉力已经大于最大静摩擦力fm 因此可知 最大静摩擦力范围0 6n fm 0 7n 故a错b对 滑动摩擦力与运动情况无关 因此第3 4 5次的摩擦力大小相等 第1 2次是静摩擦力 大小不同 故c d错 3 如图所示 水平拉力f 40n时 质量m 10kg的木块可以在水平面上匀速前进 求木块与水平面间的动摩擦因数 解析 拉力f 40n时 滑动摩擦力ff 40n 木块对水平面的压力fn mg 100n 由ff fn得 动摩擦因数 0 4 答案 0 4 4 质量为3 0kg的空木箱 放置在水平地面上 沿水平方向施加拉力 当拉力f1 8 0n时 木箱静止 当拉力f2 10 3n时 木箱做匀速运动 求 1 木箱与地面间的动摩擦因数 2 木箱在8 0n的拉力作用下受到的摩擦力的大小 3 木