高中物理 33《摩擦力》课件 沪科版必修1

3 3摩擦力 1 摩擦力定义 两个接触的物体 当它们发生 就会在接触面上产生相对运动或相对运动趋势的力 这种力叫做摩擦力 相对运动或有相对运动趋势 阻碍 2 滑动摩擦力 1 定义 当一个物体在另一个物体表面上滑动的时候 会受到另一个物体阻碍它滑动的力 这种力叫做滑动摩擦力 2 产生条件 两个物体 3 方向 滑动摩擦力的方向总是 并且跟物体的的方向相反 4 大小 滑动摩擦力的大小跟压力成正比 即f N 其中 是比例常数 叫做动摩擦因数 它的数值与相互接触的两个物体的有关 接触 有弹力 有相对运动 接触面粗糙 平行接触面 相对运动 材料 接触面的粗糙程度 3 静摩擦力 1 定义 相互接触的两个物体间由于存在而产生的摩擦力叫做静摩擦力 2 产生条件 两个物体 3 方向 总是跟 与的方向相反 4 静摩擦力的大小 静摩擦力的大小是个变量 总是随接触面切线方向上的外力的变化而变化 但静摩擦力有一个最大限度 叫 所以静摩擦力的大小范围为 相对运动趋势 接触 有弹力 有相对运动趋势 接触面粗糙 最大静摩擦力 0 f fmax 接触面平行 相对运动趋势 一 滑动摩擦力 重点解读 1 滑动摩擦力的定义两个互相接触挤压且发生相对运动的物体 在它们的接触面上产生阻碍相对运动的力 这个力叫滑动摩擦力 2 滑动摩擦力产生的条件产生滑动摩擦力的条件有四个 两物体接触 接触的两物体必须相互挤压发生形变 即有弹力 两物体间要相对滑动 两物体接触面不光滑 这四个条件缺一不可 必须同时具备 判断时应根据条件依次判断 3 滑动摩擦力的大小 感性认识 同一物体在不同面上的摩擦程度不同 不同物体在同一面上摩擦力也不同 拖动一把椅子与拖动一张餐桌用力不同 实验分析 见右图所示 取木块研究 在水平方向上 木块可视为匀速运动 据二力平衡条件知 木块受一个向左的力f与拉力F 平衡 力f就是滑动摩擦力 在竖直方向上 由二力平衡条件知 木块所受的重力G与水平面对它的弹力N大小相等 G可用弹簧秤测量 讨论 滑动摩擦力f与弹力N有何关系呢 方法 在木块上放砝码 用力拉动木块 使木块匀速运动 从弹簧秤上读出拉力的大小 从而知道滑动摩擦力f的大小 记下f及N的大小并填入表格中 改变砝码的重力 重做几次 得到几组f N的数据 结论 两个物体间滑动摩擦力的大小f与正压力N成正比 即f N 若将木块放在玻璃上做相同的实验 f N仍成立 说明 叫做动摩擦因数 它与接触面的材料 粗糙程度有关 没有单位 滑动摩擦力f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 N中的N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 难点突破滑动摩擦力的方向 滑块在水平面上运动时 滑块所受滑动摩擦力的方向与滑块的相对运动方向相反 二 静摩擦力 重点解读 1 与静摩擦力有关的一些现象 一辆大卡车停在路上 你用力推 但推不动 据二力平衡原理知 一定有一个力作用在车上抵消了推力的作用 这个力就是静摩擦力 如右图所示 倾斜的木块上有一本书 书有沿板下滑的趋势但没有滑动 这也是静摩擦力作用的效果 2 静摩擦力的定义两个相互接触而保持相对静止的物体 当它们之间存在相对滑动趋势时 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 疑点辨析静摩擦力的有无及方向的判断方法 1 假设法 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他外力存在 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他外力和物体处于平衡状态时的静摩擦力 2 状态法 根据二力平衡条件 牛顿第二定律 以后学习 或牛顿第三定律 可以判断静摩擦力的方向 假如用一水平力推桌子 若桌子在水平地面上静止不动 这时地面会对桌子施一静摩擦力 根据二力平衡条件可知 该静摩擦力的方向与推力的方向相反 加速状态时物体所受的静摩擦力可由牛顿第二定律确定 3 利用牛顿第三定律 即作用力与反作用力的关系 来判断 此法关键是抓住 力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向 再根据 反向 确定另一物体受到的静摩擦力的方向 说明 要正确理解摩擦力产生条件中 相对 的含义 相对 既不是对 地 也不是对 观察者 相对 的是跟它接触的物体 即把其中一个物体作参考系 分析另一个物体相对于参考系的运动 难点突破 1 静摩擦力的大小 如右图所示 水平面上放一静止的物体 当人用水平力F推时 此物体静止不动 这说明静摩擦力的大小等于F 当人用2F的水平力去推时 物体仍静止不动 此时静摩擦力的大小为2F 可见 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Fmax时 物体就要滑动 此时静摩擦力达到最大值 我们把fmax叫做最大静摩擦力 故静摩擦力的取值范围是 0 f fmax 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 也可以是动力 如人跑步时地面给人的静摩擦力就是动力 传送带上的物体随传送带一起运动 静摩擦力也是动力 说明 静摩擦力的大小由外部因素决定 在上图中 只要人未推动物体 则静摩擦力的大小总与人的推力相等 2 摩擦力规律小结 相对静止的物体只能受到静摩擦力 相对运动的物体只能受到滑动摩擦力 摩擦力发生在相互接触的两个物体之间 如果这两个物体产生相对运动 则为滑动摩擦力 如果这两个物体保持相对静止 并存在相对运动的趋势 则为静摩擦力 在这里 相对运动是指以相互作用的一个物体为参照物 另一个物体相对这个物体位置发生变化 运动是指以地面为参照物 物体相对地面位置发生变化 因此 静止物体不只能受到静摩擦力 也可以受到滑动摩擦力 运动物体不只能受到滑动摩擦力 也可以受到静摩擦力 滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 静摩擦力方向与相对运动趋势的方向相反 运动 与 相对运动 是两个不同的概念 与相对运动或相对运动趋势方向相反 并不一定就与运动方向相反 摩擦力的方向不一定与物体的运动方向在同一条直线上 摩擦力方向与两个物体的接触面相切 与相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反 但不一定与物体的运动方向在同一条直线上 即摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同或相反 摩擦力总是阻碍物体的相对运动 摩擦力的作用效果是阻碍物体之间的相对运动 滑动摩擦力 或阻碍物体之间的相对运动趋势 静摩擦力 但不一定阻碍物体的运动 摩擦力既可以是阻力 也可以是动力 由f N可知 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 接触面积增大 滑动摩擦力不变 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 是因为接触面积增大虽然增大了阻碍物体之间的相对运动的作用 但是另一方面 接触面积增大又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 滑动摩擦力的产生条件及方向的判定 在下列几种情况中 下图中的物体A是否受到滑动摩擦力的作用 如果受到滑动摩擦力的作用 请指明方向 A与其他物体的接触面粗糙 1 a 图中的A B两个物体在拉力F作用下共同向右匀速运动 2 用力F将一张纸从 b 图中的A物体下抽出的过程 3 c 图中的A物体沿着粗糙的墙壁下滑 解析 在问题 1 中 虽然物体A随物体B向右匀速运动 但由于A B两物体间没有相对运动 所以两物体间没有滑动摩擦力 在问题 2 中 A对纸面有压力 接触面粗糙 且有相对运动 所以A受到滑动摩擦力作用 在纸向右抽出的过程中 A相对纸向左运动 因此所受摩擦力的方向向右 在问题 3 中 A相对墙有滑动 接触面也是粗糙的 但由于A与墙之间没有压力 因此 没有滑动摩擦力 答案 1 无 2 有 方向向右 3 无 方法总结 判断滑动摩擦力方向的基本思路 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运动方向 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 1 1 如右图所示 粗糙传送带上有一货物A 判断在以下各种情况下货物A所受摩擦力的方向 1 传送带的速度是3m s 水平向右 货物A的速度是5m s 水平向右 2 传送带的速度是3m s 水平向右 货物A的速度是2m s 水平向右 解析 要判断货物A所受摩擦力方向 以传送带为参照物 在第 1 种情况中 货物A相对于传送带水平向右运动 在第 2 种情况中 货物A相对于传送带水平向左运动 答案 1 货物A所受摩擦力水平向左 2 货物A所受摩擦力水平向右 静摩擦力的产生条件及方向的判定 如右图所示 水平桌面上平放一叠共计54张的扑克牌 每一张的质量均为m 用一手指以竖直向下的力压第1张牌 并以一定速度向右移动手指 确保手指与第1张牌之间有相对滑动 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同 手指与第1张牌之间的动摩擦因数为 1 牌间的动摩擦因数均为 2 第54张牌与桌面间的动摩擦因数为 3 且有 1 2 3 则下列说法正确的是 解析 由题意知手指相对第1张牌向右运动 则第1张牌受到手指的摩擦力方向向右 C项错 如果第2张牌到第53张牌之间发生了相对滑动 则其中的某一张牌受到的来自于其上方的牌的摩擦力f上必大于其所受来自下方牌的摩擦力f下 牌之间的摩擦因数均为 2 令每张牌的重力为mg 令f上 2fN 则f下 2 mg fN 总有f下 f上 即从第2张牌到第53张牌之间不可能有相对滑动发生 将第2张牌到第53张牌视为一个整体 该整体受第1张牌的摩擦力向右 由牛顿第三定律知第53张牌对第54张牌的摩擦力向右 则桌面对第54张牌的摩擦力必向左 答案 BD 2 1 在例2中 若在物体A上施一力F 分析 1 2 两种情形中 物体B和物体A受摩擦力的情况 答案 1 B不受摩擦力作用 A受到地面向左的静擦力 2 B不受摩擦力作用 A受到地面向左的滑动摩擦力 摩擦力大小的计算 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 求木箱受到的摩擦力分别是什么 解析 由于最大静摩擦力f max 120N 当推动F1 70N时 木箱未动 此时的摩擦力为静摩擦力 当推力为150N时 木箱运动 则摩擦力是滑动摩擦力 用70N水平力推木箱 木箱不动 由二力平衡知木箱受到70N的静摩擦力 用150N水平力推木箱时 木箱运动 由f N知滑动摩擦力f N mg 0 25 400N 100N 答案 70N100N 方法总结 计算摩擦力大小的基本思路 1 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 2 滑动摩擦力大小的计算直接由摩擦定律f N 求解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N的大小 静摩擦力大小的计算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 求解 3 1 重200N的木箱静止在水平地面上 木箱与地面的动摩擦因数为0 2 已知至少用45N的水平推力才能使木箱开始运动 求分别用40N和80N的水平力推原来静止的木箱时 木箱受到的摩擦力各是多大 在木箱运动过程中水平推力由80N突然减小到40N时 木箱受到的摩擦力又是多大 解析 木箱对水平地面的压力N G 200N 当水平推力逐渐增大到45N时 木箱刚开始运动 说明木箱与地面间最大静摩擦力fmax 45N 用40N的水平推力推木箱时 木箱仍静止 由二力平衡知识 木箱所受的静摩擦力f1 40N 当用80N的水平推力推静止的木箱 木箱将沿地面滑动 木箱受到的是滑动摩擦力 f2 N 0 2 200N 40N 木箱运动过程中水平推力由80N突然减至40N 由于木箱仍在运动 木箱受到的仍为滑动摩擦力 f3 N 40N 答案 40N40N40N 认为摩擦力就是阻力 如右图所示 一平板小车在外力作用下由静止向右滑行了一段距离s 同时车上的物体A相对车向左滑行L 此过程中物体A受到的摩擦力方向如何 该摩擦力是动力还是阻力 指点迷津 错解分析 由于A相对平板小车向左运动了一段距离 故A受到的摩擦力向左 因为是摩擦力 故为阻力 正确分析 对于物体A A沿运动方向产生了位移 但相对车 与其相接触的物体 却是向左运动 由定义可知 A受向右的滑动摩擦力作用 该摩擦力是动力 答案 向右 动力 认为静摩擦力就是静止的物体受到的摩擦力 滑动摩擦力就是运协的物体受到的摩擦力 值日生擦黑板时 关于黑板擦与黑板之间的摩擦力 下列说法正确的是 A 黑板擦对黑板的摩擦力是静摩擦力B 黑板擦受到的摩擦力是滑动摩擦力C 黑板受到的摩擦力是滑动摩擦力D 黑板擦受到的摩擦力是静摩擦力 指点迷津 所谓静摩擦力是指两个相对静止的物体之间产生的摩擦力 这两个物体可以都处于静止状态 也可能一起运动 速度时刻相同 即相对静止 而滑动摩擦力发生在两个相对运动的物体之间 这两个物体可能一个处于静止状态 而另一个处于运动状态 也有可能两者都是运动的 但运动速度不同即两物体间有相对运动 而不是说静止的物体受到的摩擦力是静摩擦力 运动的物体受到的就是滑动摩擦力 答案 BC 摩擦力问题中参考系的确定对于相接触的两个物体 其接触面上的一对摩擦力方向的判断 应以对方 不一定是地面 为参考系 即假设对方静止不动 首先判断相对运动的方向 进而应用摩擦力方向的规律判断出最终结果 应用摩擦力产生的条件时 对于同一个物体的两个接触面可能均受摩擦力的作用且正压力也可能不同 2006年全国 如右图位于水平桌面上的物块P 由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连 从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的 已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是 两物块的质量都是m 滑轮的质量 滑轮轴上的摩擦都不计 若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动 则F的大小为 A 4 mgB 3 mgC 2 mgD mg 解析 对Q水平方向受力分析如右 图甲 对P水平方向受力分析如图乙 由平衡条件可得T fP QF f地 P fQ P T T T 且根据f N得F 4 mg 故只有A正确 本题考查平衡问题和受力分析能力 用牛顿第三定律判断P Q间的摩擦力是解决摩擦力问题常用的方法 注意在对P受力分析时 要将向左的力全画出来 不要遗漏 答案 A 1 下列说法中不正确的是 A 物体越重 使它滑动时的摩擦力越大 所以摩擦力与物重成正比B 由 可知 动摩擦因数与滑动摩擦力成正比 与正压力成反比C 摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反D 摩擦力总是对物体的运动起阻碍作用 答案 ABCD 2 下列关于摩擦力的说法 正确的是 A 相对运动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 运动物体受到的摩擦力的方向总与运动方向相反D 相对静止的两个物体之间 也可能有摩擦力的相互作用 解析 产生摩擦力的条件 物体间相互接触 接触面不光滑 有正压力 垂直接触面的弹力 有相对运动 或相对运动趋势 四者