2010年高中物理自主学习同步讲解与训练_摩擦力.pdf

1 6 摩擦力 二 教学要点 知道静摩擦力的含义并能分析简单的事例 知道静摩擦力是可变的且有最大值 最大静摩擦力与压力成正比 知道滑动摩擦力的含义 能用 F FN 进行计算滑动摩擦力 会判断摩擦力的方向 三 重点 难点解析 1 静摩擦力静摩擦力 1 定义 两个相互接触而保持相对静止的物体 当它们之间存在滑动趋势时 在它们的接触面上会产生阻 碍物体间相对滑动的力 这种力叫静摩擦力 2 产生条件 两物体相接触 接触面不光滑 两物体间有弹力 两物体间有相对运动的趋势 3 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 当人的水平推力 增大到某一值 Fm时 物体就要滑动 此时静摩擦力达到最大值 我们把 Fm 或者 Fmax 叫做最大静摩擦力 故静 摩擦力的取值范围是 0 F Fm 说明 说明 静摩擦力大小与正压力无关 但最大静摩擦力的大小与正压力成正比 静摩擦力可以是阻力 也 可以充当动力 最大静摩擦力一般比滑动摩擦力大些 但有时认为二者是相等的 4 方向 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 1 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 又如图 2 所示 用力 F 拉水平地面上 的 A 板 A 板及板上的物体 B 保持相对静止做加速运动 对 B 而言 对地是运动的 但相对 A 是静止的 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 毕竟相对 A 有向后运 动的趋势 所以属受到方向与运动方向相同的静摩擦力的作用 图 1 图 2 注意 注意 运动的物体也可以受到静摩擦力的作用 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 此时静摩擦力方向竖直向上 与运动方向是垂直 的 2 滑动摩擦力滑动摩擦力 1 定义 两个互相接触挤压且发生相对运动的物体 在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的力 这个力 叫做滑动摩擦力 2 产生条件 两物体接触 两接触的物体必须相互挤压 发生形变 有弹力 两物体间要发生相 对滑动 两接触面不光滑 3 大小 两个物体间滑动摩擦力的大小 F 与正压力 F 成正比 即 F FN 若将木块放在其它物体上 如玻璃 做相同的实验 上式仍成立 只是比例系数 不同 说明 叫做动摩擦因数 它只与接触面的材料 粗糙程度有关 没有单位 动摩擦因数的大小与物体的运 动速度无关 与接触面的大小也无关 公式 F FN中的 FN是两个物体表面间的压力 称为正压力 垂直于接触 面的力 性质上属于弹力 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 4 方向 滑动摩擦力的方向总跟它们的接触面相切 并且跟它们相对运动的方向相反 注意 注意 不要把 物体的相对运动方向 与 物体的运动方向 等同起来 在上例中 物体 A 的运动方向向 右 但相对接触物 B 的运动方向向左 概念中的 相对 两字要准确理解 相对 指的是研究对象相对与其 接触的物体而言 滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相反 也可能跟运动方向相同 在上例中 A 物体 所受摩擦力与运动方向相反 B 物体所受地面的摩擦力与运动方向相反 3 滚动摩擦 滚动摩擦是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦 注意 压力相同时 滚动摩擦比滑动摩擦小很多 4 用假设法判断摩擦力 判断静摩擦力是否存在 要看是否具备静摩擦力产生的条件 但在通常情况下 其它条件是具备的 关键看物 体是否有相对运动趋势 要判断是否有相对运动趋势 可用假设法判断 假设法有两种 一种是假设接触面光滑 不存在摩擦力 看是否改变原来的运动状态 另一种是假设摩擦力存在 看是否改变原来的运动状态 第一种假设往往用来判断做变速运动的物体的静摩擦力和有其它外力存在但物体处于平衡状态时的静摩擦力 第二种假设往往用来判断物体不受其它外力 物体处于平衡状态时的静摩擦力 2 6 假设法只是判断摩擦力的一种方法 有时还可以根据力的作用效果判断 已知物体 A 做匀加速运动 说明物体 A 的运动状态发生了改变 因此 物体 A 一定受到静摩擦力作用 5 摩擦力方向的判断 1 滑动摩擦力方向的判断 滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反 是判断滑动摩擦力方向的依据 这里要特别注意 相对运动 的含义 它是指研究对象相对于被接触物体进行的运动 判断滑动摩擦力方向的具体操作程序是 选研究对象 受滑动摩擦力作用的物体 选跟研究对象接触的物体为参考系 找出研究对象相对参考系的速度方向 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 2 静摩擦力方向的判断 静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反 是判断静摩擦力方向的依据 这里尤其要注意 相对运动 趋势方向 的判断 一般是采用化 静 为 动 的思路 利用 假设法 来判断相对运动趋势的方向 即假设研 究对象与被接触物体之间光滑 若它们之间发生相对滑动 则其相对滑动方向便是原先的相对运动趋势方向 若它 们之间不发生相对滑动 别说明它们之间原先并无相对运动趋势 利用这种方法判断静摩擦力方向的操作程序是 选研究对象 受静摩擦力作用的物体 选跟研究对象接触的物体为参考系 假设接触面光滑 找出研 究对象相对参考系的速度方向 即相对运动趋势的方向 静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反 6 摩擦力可充当阻力也可充当动力 7 运动的物体可受静摩擦力 静止的物体可受滑动摩擦力 物体在粗糙地面上滑动时 地面受到的摩擦力就是静止的物体受滑动摩擦力 上述 6 中图所示的物 A 受摩擦力 即为运动的物体受静摩擦力 8 摩擦力大小的计算 在计算摩擦力的大小之前 必须首先分析物体的运动情况 判明是滑动摩擦力还是静摩擦力 1 滑动摩擦力大小的计算 滑动摩擦力的大小遵从摩擦定律 即 F FN 式中 叫动摩擦因数 它的数值跟两个相关物体的材料和接触面的粗糙程度有关 FN是接触面的正压力 它与 物体的重力 G 是两种不同性质的力 FN的大小 方向与 G 的大小 方向均不一定相同 滑动摩擦力 F 的大小跟物 体的运动速度 接触面面积的大小没有关系 计算滑动摩擦力的大小的关键是根据平衡方程或动力学方程 后面将 学习 计算正压力 FN的大小 2 静摩擦力大小的计算 静摩擦力问题一般应根据物体的运动情况 静止 匀速运动或加速运动 利用平衡方程或动力学方程 后面 将学习 现在可用二力平衡的知识 求解 静摩擦力的大小与物体的运动情况有关 其数值在 0 Fmax之间 乙为 最大静摩擦力 Fmax略大于滑动摩擦力 F 在要求不高时 可近似认为 Fmax F 11 测定动摩擦因数 1 用弹簧秤拉着质量为 m 的滑块在水平木板上做匀速直线运动 如图所示 根据平衡条件可知滑块 A 受 到的滑动摩擦力等于弹簧秤对滑块的拉力 F 即通过弹簧秤的示数可求得滑动摩擦力的大小 根据 F FN F mg 可求得动摩擦因数 典型例题 典型例题 例 1 如图 1 所示 地面上叠放着 A B 两个物体 力 F 分别作用于 A B 两物体上时 A B 均静止 试分别分 析 A B 受到的摩擦力的情况 图 1 3 6 解析 解析 1 F 作用于 A 物体 A 相对 B 有向右的运动趋势 B 相对 A 有向左的运动趋势 故 A 受到向左的静 摩擦力 其大小也等于 F B 受到 A 给它的向右的静摩擦力 其大小也等于 F 由于 A B 相对静止 B 有向右的 运动的趋势 因此 B 受到地面给它的向左的静摩擦力 F 大小也等于 F 如图 2 所示 图 2 2 F 作用于 B 物体上 B 相对地面有向右的运动趋势 故 B 受到地面给它的向左的静摩擦力 大小等于 F 而 A 物体若受到 B 物体给它的摩擦力 则不可能静止 故 A B 之间没有摩擦力的作用 如图 3 所示 图 3 点评 点评 在判断物体之间有无静摩擦力时 也可以先假设两物体之间有静摩擦力的作用 而实际情况与判断的结 果不符 则无此静摩擦力 例 2 如图 4 所示 C 是水平地面 A B 是两个长方形物块 F 是作用在物体 B 上沿水平方向的力 物体 A 和 B 以相同的速度做匀速直线运动 由此可知 A B 间的动摩擦因数 1和 B C 间的动摩擦因数 2有可能是 A 1 0 2 0 B 1 0 2 0 C 1 0 2 0 D 1 0 2 0 图 4 解析 解析 由于物体 A 和 B 在力 F 的作用下以相同的速度一起向右做匀速直线运动 所以 B C 间一定存在滑动摩 擦力 故 2 0 由于 A 向右做匀速直线运动 故可知 A 不受水平外力的作用 即可知 A B 间的摩擦力为 0 A 与 B 间既无相对运动 又无相对运动的趋势 故 1等于零还是不等于零均可 答案 答案 B D 点评 点评 本题为全国高考题 旨在考查动摩擦因数与摩擦力的关系 互相接触的物体表面间的动摩擦因数是由互 相接触的物体的表面性质决定的 动摩擦因数是否存在 看其外在表面是否有摩擦力 若有摩擦表现出来 则动摩 擦因数一定不为零 若没有摩擦力表现出来 则动摩擦因数的存在就无法判断 或者存在 或者不存在 例 3 重为 400N 的木箱放在水平地面上 木箱与地面间的最大静摩擦力是 120N 动摩擦因数是 0 25 如果分别用 70N 和 150N 的水平力推木箱 木箱受到的摩擦力分别是多少牛 解析 解析 计算摩擦力时应先判断出是静摩擦力还是滑动摩擦力 此题中要用水平力推动木箱 推力必须大于或等 于最大静摩擦力 120N 若用 70N 水平力推时 物体没有运动 此时静摩擦力大小可由二力平衡知大小为 70N 当 用 150N 的水平力推时 物体发生相对运动 此时滑动摩擦力为 F FN 根据竖直方向二力平衡得 FN mg 所以 F mg 0 25 400N 100N 答案 答案 70N 100N 点评 点评 静摩擦力和滑动摩擦力不同 滑动摩擦力的大小与压力成正比 但静摩擦力大小是 0 Fmax 最大静 摩擦力 之间取值 只有最大静摩擦力 Fmax才与压力成正比 例 4 如图 5 所示在两块相同的竖直木板 A B 间有质量为 m 的 4 块相同的砖 用两个大小均为 F 的力水平压木块 使砖静止不动 则第 2 块砖对第 3 块砖的摩擦力大小为 A 0 B mg 2 C mg D 2mg E F 增大 2 3 间摩擦力不变 图 5 解析 解析 选砖块 2 3 为整体 如图 6 所示 则 2Ff1 2mg Ff1 mg 4 6 图 6 选砖块 2 或 3 为对象 则有 Ff1 Ff23 mg 即 Ff23 0 若 F 增大 2 3 间摩擦力仍为零 答案 答案 A 点评 点评 题中选择研究对象时 应对称隔离研究对象 如选砖块 2 和 3 整体为对象 由对称性知 1 对 2 的摩擦 力与 4 对 3 的摩擦力必相等 若采用不对称隔离 则分析会很复杂 模拟试题 模拟试题 1 如图 1 所示 用外力 F 水平压在质量为 m 的物体上 设受力 F 的面绝对光滑 恰好使物体静止 此时物体 与墙之间的摩擦力为 如将 F 增大为 3F 物体与墙之间的摩擦力为 2 下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中 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运动方向垂直 D 静止物体所受静摩擦力一定为零 3 一根质量为 m 长为 l 的均匀长方体木料 放在水平桌面上 木料与桌面间的动摩擦因数为 现用水平力 F 推木料 当木料经过如图 2 所示的位置时 桌面对它的摩擦力是多少 图 2 4 如图 3 所示 一木板 B 放在水平地面上 木块 A 放在 B 的上面 A 的右端通过轻质弹簧固定在竖直墙壁上 用力 F 向左拉 B 使 B 以速度 v 向左匀速运动 这时弹簧的拉力为 FT 则下面说法中正确的是 A 木板 B 受到的滑动摩擦力的大小等于 FT B 地面受到的滑动摩擦力的大小等于 FT C 若木板以 2v 的速度运动 木块受到的摩擦力大小为 2FT D 若用 2F 的力作用在木板 B 上 木块受到的摩擦力大小仍为 FT 图 3 5 判断下列图 4 中各种情况下物体 A 是否受摩擦力作用 A 和 B 相对静止 A 相对地面静止 B 一起做匀速运动 C 一起向右做匀加速运动 D 一起向右做匀速运动 图 4 6 如图 5 所示 质量为 m 的木块置于水平面上的木板上向左滑行 滑行时木板静止 木板质量 M 3m 已知木 板与木板间 木板与水平面间的动摩擦因数均为 则在木块滑行过程中水平面对木板的摩擦力大小为 A 4 mg B 3 mg C 2 mg D mg 图 5 7 一个重 G1 400N 的小孩 坐在一块重 G2 100N 的木块上 用一根绕过光滑定滑轮的轻绳拉住木块 使人和木 块处于相对静止共同前进 图 6 已知人的拉力 F 70N 则木块与地面间的动摩擦因数为 A 0 14 B 0 28 C 0 70 D 0 35 5 6 图 6 8 为了测量报纸和水平桌面间的动摩擦因数 有人认为一定要有一厚叠报纸 否则压力太小没法用弹簧测力计 测出压力和摩擦力 你认为只有一张报纸和弹簧测力计 当然还可以用一些其它的物品 能否测出 写出测量方 法 9 某人推着自行车前进时 地面对前轮的摩擦力为 F1 对后轮的摩擦力为 F2 该人骑着自行车前进时 地面对 前轮的摩擦力为 F3 对后轮的摩擦力为 F4 下列说法中正确的是 A F1与车前进方向相同 B F2与车前进方向相同 C F3与车前进方向相同 D F4与车前进方向相同 10 全国著名发明家邹德俊发明了一种 吸盘式 挂衣钩 如图 7 所示 将它紧压在平整 清洁的竖直瓷砖墙面 上时 可挂上衣帽等物品 如果挂衣钩的吸盘压紧时 它的圆面直径为m 吸盘圆面压在墙上的的面积跟 墙面完全接触 中间未接触部分间无空气 已知吸盘与墙面间的动摩擦因数为 0 5 则这种挂钩最多能挂多重的 物体 大气压强 P 1 0 105Pa 图 7 试题答案 试题答案 1 mg mg 解析 解析 物体受向下的重力为 mg 由二力平衡条件知静摩擦力大小也为 mg 方向向上 当推力增为 3F 时 物 体重力不变 则静摩擦力也不变 2 A C 解析 解析 静摩擦力的方向用物体相对哪个方向有运动趋势较难确定 可利用物体受到的摩擦力产生的效果进行判 断 静摩擦力的方向是与物体相对运动趋势的方向相反而不是与物体运动方向相反 例如依靠静摩擦力而运动的物 体 其摩擦力方向与物体运动方向是相同的 人走路就是靠静摩擦力向前运动的 人受的静摩擦力方向与人前进 运 动 方向相同 由此可知 A 正确 B D 都是错误的 而 C 是正确的 3 解析 解析 由于木料是均匀的 故其重心在其中心即 l 2 处 当木料经过图中所示的位置时 1 3 伸出桌外 故 此时木料对桌面的压力为 FN mg 根据 F FN可知 此时木料对桌面的摩擦力为 F FN mg 由于力的作用是相互的 即摩擦力是成对出现的 故可知所求桌面对木料的摩擦力 F 的大小为 F F mg 根据木料相对桌面运动的方向向右 滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反 可判断得 所求桌面对木 料的摩擦力 F 的方向为水平向左 4 D 解析 解析 A B 发生相对滑动 则 A B 间有滑动摩擦力 由于 B 对 A 弹力不变 故 A B 间的滑动摩擦力不变 与 B 的运动速度无关 C 错 当拉力