高考物理一轮 第2单元第2讲 摩擦力课件.ppt

第2讲摩擦力 第2讲摩擦力1 摩擦力是重要的性质力 分为滑动摩擦力和静摩擦力 由于静摩擦力的大小 方向具有较强的隐蔽性 在今后的高考试题中肯定会成为命题专家所关注的一个知识点 摩擦力在后续知识如动力学 功能关系及曲线运动等知识中多有涉及 所以本讲教学中要充分调查学生存在的误区 进行针对性补充强化 2 在教学中要引导学生掌握摩擦力产生的条件 知道摩擦力的大小和方向 特别是静摩擦力的大小和方向 3 对于静摩擦力要求学生会根据物体的运动情况 受力情况分析静摩擦力的大小和方向 能够分析外界条件变化时静摩擦力的变化 理解静摩擦力的最大值 1 掌握摩擦力产生的条件 知道摩擦力的大小和方向 特别是静摩擦力的大小和方向 2 会根据物体的运动情况 受力情况分析静摩擦力的大小和方向 能够分析外界条件变化时静摩擦力的变化 理解静摩擦力的最大值 1 摩擦力当一个物体在另一个物体的表面上有 相对运动或有 相对运动趋势时 受到阻碍相对运动或相对运动趋势的力 叫做摩擦力 摩擦力可分为 静摩擦力和 滑动摩擦力 2 摩擦力产生的条件 1 相互接触的物体间有 压力存在 2 接触面 粗糙 3 接触面间有 相对运动或 相对运动趋势 3 摩擦力的大小 1 滑动摩擦力的大小跟 压力成正比 即f fn fn指接触面的压力 不一定等于重力g 是动摩擦因数 与接触面的 材料 结构 如粗糙程度 有关 与接触面积 接触面上受力情况和物体运动状态无关 2 静摩擦力大小不能用滑动摩擦力公式f fn计算 而由物体的受力情况和运动情况共同决定 静摩擦力的大小可以在 零和最大静摩擦力之间变化 即0 f fm 静摩擦力的大小与物体间的 压力无关 只与外力有关 但物体间的最大静摩擦力与物体间的 压力有关 3 静摩擦力与滑动摩擦力的区别 产生原因不同 静摩擦力是由于一个物体在另一个不光滑物体表面具有相对运动的趋势时产生的 滑动摩擦力是由于一个物体在另一个不光滑的物体表面上发生相对滑动时产生的 影响两者大小的因素不同 滑动摩擦力的大小跟接触面间的压力fn大小和动摩擦因数有关 与引起滑动摩擦力的外力的大小无关 而静摩擦力的大小跟压力fn 不为零 无关 由引起这个摩擦力的外力决定 但最大静摩擦力的大小跟压力fn有关 f fn只适用于滑动摩擦力计算 4 摩擦力的方向跟接触面相切 并跟物体间相对运动或相对运动趋势方向 相反 1 图示是2008年残奥会开幕式上我国残疾田径运动员侯斌将点燃火炬的一幅感人的照片 关于侯斌在拉绳过程中绳对侯斌的摩擦力的叙述正确的是 a 由于侯斌向上运动 绳对侯斌的摩擦力是滑动摩擦力 方向向下b 由于侯斌向上运动 绳对侯斌的摩擦力是滑动摩擦力 方向向上c 侯斌受的是静摩擦力 方向向上d 侯斌受的是静摩擦力 方向向下 解析 运动员上升时 手相对于绳静止且具有相对于绳向下运动的趋势 所以运动员受到静摩擦力作用 方向向上 c正确 答案 c2 装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出 如图所示 则在匀加速拖出的过程中 a 材料与平台之间的接触面积逐渐减小 摩擦力逐渐减小b 材料与平台之间的相对速度逐渐增大 摩擦力逐渐增大c 平台对材料的支持力逐渐减小 摩擦力逐渐减小d 材料与平台之间的动摩擦因数不变 支持力也不变 因而工人拉力也不变 解析 滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关 只与压力和动摩擦因数有关 a b错误 在匀加速拖出的过程中 支持力始终等于重力 动摩擦因数又不变 因此工人的拉力也不变 c错误 d正确 答案 d 3 木块a b分别重50n和60n 它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0 25 夹在a b之间的轻弹簧被压缩了2cm 弹簧的劲度系数为400n m 系统置于水平地面上静止不动 现用f 1n的水平拉力作用在木块b上 如图所示 力f作用后 a 木块a所受摩擦力大小是12 5nb 木块a所受摩擦力大小是11 5nc 木块b所受摩擦力大小是9nd 木块b所受摩擦力大小是7n 解析 设静摩擦力最大值等于滑动摩擦力 则fa ga 12 5n fb gb 15n 施加力f之前 静摩擦力f kx 8n 施加力f之后 对b物体有f kx 9n 15n 即物体b静止不动 所受 摩擦力大小为9n a静止不动 所受摩擦力仍为8n 所以a b d错误 c正确 答案 c 答案 b 一 静摩擦力的有无及方向判断方法 例1 如图甲所示 物体a置于倾斜的传送带上 它能随传送带一起向上或向下做匀速运动 下列关于物体a在上述两种情况下的受力描述 正确的是 a 物体a随传送带一起向上匀速运动时 a所受的摩擦力沿斜面向下b 物体a随传送带一起向下匀速运动时 a所受摩擦力沿斜面向下 c 物体a随传送带一起向下匀速运动时 a不受摩擦力作用d 无论a随传送带一起向上还是向下匀速运动 传送带对物体a的作用力均相同 名师点金 物体a无论随传送带一起向上还是向下做匀速运动 均为平衡状态 故可根据摩擦力的作用效果来判断 规范全解 无论传送带向上还是向下运动 物块a随传送带匀速运动处于平衡状态 在重力作用下有相对于传送带沿斜面向下运动的趋势 传送带对物块有沿斜面向上的静摩擦力 根据平衡条件可得f mgsin 所以d正确 答案 d 静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反 而相对运动趋势不如相对运动直观 它具有很强的隐蔽性 所以静摩擦力的方向判定较困难 为此常用下面几种方法 1 假设法利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下 2 反推法从研究物体表现的运动状态这个结果反推出它必须具有的条件 分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用 就容易判断摩擦力的方向了 3 根据摩擦力的效果来判断其方向如平衡其他力 作动力 作阻力 提供向心力等 用牛顿第二定律判断 关键是先判断物体的运动状态 即加速度方向 再利用牛顿第二定律 f ma 确定合力的方向 然后由受力分析判定摩擦力的方向 4 利用牛顿第三定律来判断此法关键是抓住 摩擦力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的摩擦力方向 再确定另一物体受到的摩擦力方向 说明 受静摩擦力作用的物体不一定是静止的 受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的 摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势 但 摩擦力不一定阻碍物体的运动 即摩擦力不一定是阻力 摩擦力的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 变式训练1 在例1中其他条件不变时 1 若物体a随传送带向上匀加速运动 其所受摩擦力方向如何 2 若物体a随传送带向下匀加速运动 其所受摩擦力方向又如何 规范全解 1 物体a沿斜面向上匀加速运动 取向上为正方向 根据牛顿第二定律可得 f mgsin ma 摩擦力一定沿斜面向上 2 物体a沿斜面向下匀加速运动 取向下为正方向 根据牛顿第二定律可得 f mgsin ma 如果a gsin 则摩擦力 f 0 如果a gsin 则摩擦力f 0 摩擦力沿斜面向下 如果a gsin 则摩擦力f 0 摩擦力一定沿斜面向上 模拟试解 答案 见解析二 摩擦力大小的计算方法 例2 如图甲所示 斜面固定在地面上 倾角为37 sin37 0 6 cos37 0 8 质量为1kg的滑块以一定的初速度沿斜面向下滑 斜面足够长 滑块与斜面间的动摩擦因数 0 8 该滑块所受摩擦力ff随时间变化的图象是图乙中的 取初速度方向为正方向 取g 10m s2 名师点金 解答本题时要首先分析滑块的运动 判断是加速下滑还是减速下滑 其次要明确摩擦力的方向与题目所规定正方向的关系 最后要理解斜面足够长的含义 规范全解 由于重力的下滑分力小于滑动摩擦力 即mgsin37 mgcos37 滑块沿斜面做减速运动 并且斜面足够长 滑块最终一定停在斜面上 下滑阶段滑动摩擦力f1 mgcos37 6 4n 方向沿斜面向上 静止在斜面上后 静摩擦力f2 mgsin37 6n 方向沿斜面向上 由于取初速度方向为正方向 故a正确 b c d错误 答案 a计算摩擦力的大小 首先要判断摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力 然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小 1 静摩擦力大小的计算根据物体所受外力及所处的状态 平衡或加速 可分为两种情况 1 物体处于平衡状态 静止或匀速 利用力的平衡条件来判断其大小 2 物体有加速度时 若只有摩擦力 则ff ma 例如匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度 若除摩擦力外 物体还受其他力 则f合 ma 先求合力再求摩擦力 这种与运动状态有关的特点 区别于滑动摩擦力 2 滑动摩擦力的计算滑动摩擦力的大小用公式ff fn来计算 应用此公式时要注意以下几点 1 为动摩擦因数 其大小与接触面的材料 表面的粗糙程度有关 fn为两接触面间的压力 其大小不一定等于物体的重力 2 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面的大小也无关 3 最大静摩擦力并不是物体实际受到的力 物体实际受到的静摩擦力小于最大静摩擦力 最大静摩擦力一般可按近似等于 滑动摩擦力处理 说明 在分析摩擦力的方向时 要注意静摩擦力的方向的 可变性 和滑动摩擦力方向的 相对性 考查摩擦力时 经常结合共点力的平衡条件和牛顿运动定律来确定摩擦力的大小和方向 变式训练2 如图所示 质量m1 20kg和m2 50kg的两物体a b 叠放在动摩擦因数为0 40的粗糙水平地面上 一处于水平位置的轻弹簧 劲度系数为200n m 一端固定于墙壁 另一端与a物体相连 弹簧处于自然状态 现用一水平推力f作用于b物体上 使它缓慢地向墙壁一侧移动 取g 10m s2 当移动0 50m时 两物体间开始相对滑动 这时水平推力f的大小为 a 80nb 280nc 380nd 100n 规范全解 两物体开始相对滑动 则a受到向左的滑动摩擦力 大小为 1m1g 但a b间的动摩擦因数未知 故不能求出 采用整体法 当两物体间开始相对滑动 它们之间的摩擦力可视为内力 以a b为一整体 分析受力有 f m1 m2 g kx 0 4 20 50 10 200 0 5 380n 模拟试解 答案 c 1 2010年江浦中学 如图所示 p是位于水平的粗糙桌面上的物块 用跨过定滑轮的轻绳将p与小盘相连 小盘内有砝码 小盘与砝码的总质量为m 在p运动的过程中 若不计空气阻力 则关于p在水平方向受到的作用力与相应的施力物体 下列说法正确的是 a 拉力和摩擦力 施力物体是地球和桌面b 拉力和摩擦力 施力物体是绳和桌面c 重力mg和摩擦力 施力物体是地球和桌面d 重力mg和摩擦力 施力物体是绳和桌面 答案 b 2 2010年湖北省 三校联合体 联考 如图所示 一质量为m 倾角为 的斜面体放在水平地面上 质量为m的小木块 可视为质点 放在斜面上 现用一平行于斜面的 大小恒定的拉力f作用于小木块 拉力在斜面所在的平面内绕小木块旋转一周的过程中 斜面体和小木块始终保持静止状态 下列说法中正确的是 解析 由于小木块始终保持静止 因此在斜面上 小木块沿斜面方向受到的拉力 静摩擦力及重力沿斜面向下的分力三者平衡 因此当f沿斜面向下时静摩擦力最大 为f mgsin 对小木块和斜面体两者的整体分析 当f水平时 斜面体受到地面的静摩擦力最大 为f 答案 bc3 贵州省开阳三中2010届高三月考 如图所示 水平桌面上平放着一副扑克牌 总共54张 每一张牌的质量都相等 牌与牌之间的动摩擦因数以及最下面一张牌与桌面之间的动摩擦因数也都相等 用手指以竖直向下的力按压第一张牌 并以一定的速度水平移动手指 将第一张牌从牌摞中水平移出 牌与手指之间无滑动 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则 a 第1张牌受到手指的摩擦力方向与手指的运动方向相反b 从第2张牌到第54张牌之间的牌不可能发生相对滑动c 从第2张牌到第54张牌之间的牌可能发生相对滑动d 第54张牌受到桌面的摩擦力方向与手指的运动方向相反 可知上述静摩擦力最大值依次增大且大于f1 所以从第2张牌到第54张牌之间的牌不可能发生相对滑动 b正确 c错误 以第2张牌到第54张牌整体为研究对象 根据平衡条件知第54张牌受到桌面的摩擦力方向与第一张牌对第二张牌的摩擦力方向相反 即第54张牌受到桌面的摩擦力方向与手指的运动方向相反 d正确 答案 bd4 一辆运送沙子的自卸卡车装满沙子 沙粒之间的动摩擦因数为 1 沙子与车厢底部材料的动摩擦因数为 2 已知 2 1 车厢的倾角用 表示 下列说法正确的是 a 要顺利地卸干净全部沙子 应满足tan 2b 要顺利地卸干净全部沙子 应满足sin 2c 只卸去部分沙子 车上还留有一部分沙子 应满足 2 tan 1d 只卸去部分沙子 车上还留有一部分沙子 应满足 2 1 tan 解析 静止在斜面上的物体 受到重力 弹力和摩擦力作用 只有重力的下滑分力大于滑动摩擦力时才会沿斜面向下滑动 要使沙子之间相对滑动 必须满足mgsin 1mgcos 即 1 2mgcos 即 2 tan 所以要顺利地卸干净全部沙子 应满足tan 2 满足 2 tan 1时只卸去部分沙子 车上还留有一部分沙子 a c正确 答案 ac 1 下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中 正确的是 a 静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反b 静摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同c 静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直d 静止物体所受摩擦力一定为零 解析 静摩擦力的方向与物体间相对运动趋势的方向相反 而物体此时可能相对地面是运动的 也可能是静止的 a d错 b对 在圆盘上与圆盘一起做匀速圆周运动的物体 受的静摩擦力指向圆心 与物体运动方向垂直 c对 答案 bc 3 如图所示 物体p放在粗糙水平面上 左边用一根轻弹簧与竖直墙相连 物体静止时弹簧的长度大于原长 若再用一个从0开始逐渐增大的水平力f向右拉p 直到拉动 那么在p被拉动之前的过程中 弹簧对p的弹力ft的大小和地面对p的摩擦力ff的大小的变化情况是 a ft始终增大 ff始终减小b ft保持不变 ff始终增大c ft保持不变 ff先减小后增大d ft先不变后增大 ff先增大后减小 解析 对物体进行受力分析可知 开始时物体受到向左的弹力和向右的静摩擦力 弹力ft kx 物体静止不动则弹簧的形变不变 弹力不变 故a d错误 施加向右的水平拉力时 根据共点力平衡条件ft ff f 当fft时 摩擦力为负值 方向向左 且随力f的增大摩擦力增大 所以b错误 c正确 答案 c4 在如图所示的四幅图中 ab bc均为轻质杆 各图中杆的a c端都通过铰链与墙连接 两杆都在b处由铰链相连接 下列说法正确的是 a 图中的ab杆可以用与之等长的轻绳代替的有 1 2 b 图中的ab杆可以用与之等长的轻绳代替的有 1 3 c 图中的bc杆可以用与之等长的轻绳代替的有 2 3 d 图中的bc杆可以用与之等长的轻绳代替的有 2 4 解析 如果杆端受拉力作用 则可用等长的绳代替 若杆端受到沿杆的压力作用 则杆不可用等长的轻绳代替 如图 1 3 4 中的ab杆受拉力作用 而 1 2 4 中的bc杆均受沿杆的压力作用 故a c d均错误 只有b正确 答案 b a 绳子的张力将变大b 物体p受到的静摩擦力将变小c 物体p对斜板的压力将变小d 绳子张力和物体p受到的摩擦力均不变 6 如图所示 在水平力作用下 木块a b保持静止 若木块a与b的接触面是水平的 且f 0 则关于木块b的受力个数可能是 a 3个或4个b 3个或5个c 4个或5个d 4个或6个 解析 对a b分别进行受力分析可知 当 ma mb gsin fcos 时b受4个力的作用 否则 b受5个力作用 答案 c7 如图所示 放在粗糙水平面上的物体a上叠放着物体b a和b之间有一根处于压缩状态的弹簧 物体a b均处于静止状态 下列说法中正确的是 a b受到向左的摩擦力b b对a的摩擦力向右c 地面对a的摩擦力向右d 地面对a没有摩擦力 解析 弹簧被压缩 给物体b的弹力水平向左 因此物体b平衡时必受到水平向右的摩擦力 而b对a的摩擦力水平向左 故a b均错误 取a b为一整体 因系统静止 水平方向合力为零 地面对a的摩擦力一定为零 故d正确 c错误 答案 d 8 如图甲所示 重为80n的物体a放在倾角为30 的粗糙斜面上 有一根原长为10cm 劲度系数为1000n m的弹簧 其一端固定在斜面底端 另一端放置物体a后 弹簧长度缩短为8cm 现用一测力计沿斜面向上拉物体a 若物体与斜面间最大静摩擦力为25n 当弹簧的长度仍为8cm时 测力计的读数不可能为 a 10nb 20nc 40nd 60n 解析 对物体a受力分析 如图乙所示 当弹簧长度为8cm时 弹力大小f1 kx1 1000 0 02n 20n gsin 40n故a所受静摩擦力f1 gsin30 f1 20n 25n当拉力向上时 向上的拉力最大为f 有f f1 gsin30 fmf gsin30 fm f1 40 25 20 45n故拉力0 f 45n 答案 d 9 把一重为g的物体 用一个水平推力f kt k为恒量 t为时间 压在竖直的足够高的平整墙上 如图甲所示 从t 0开始物体所受的摩擦力f随t的变化关系是图乙中的 解析 开始时推力f为零 物体和墙面间没有挤压 摩擦力为零 物体在重力作用下开始沿竖直墙面下滑 所以开始时为滑动摩擦力 由f fn 又fn kt 所以f kt 即f随时间t成正比增加 当f