新教材高中物理第三章相互作用__力2摩擦力课件新人教版必修第一册

1、第三章 相互作用力学习目标1.结合生活情境和已学知识,认识滑动摩擦力和动摩擦因数,会总结滑动摩擦力的产生条件,会判断滑动摩擦力的方向,会用公式Ff =FN计算滑动摩擦力的大小,培养应用物理知识解决实际问题的能力.2.结合滑动摩擦现象认识静摩擦现象,通过演示实验知道最大静摩擦力的概念,能根据物体受力和运动情况分析静摩擦力的大小和方向.培养关联整合能力和知识迁移能力.2摩擦力知识点一 滑动摩擦力答案:撤去推力F后,木箱运动一会儿就会停下来.这是因为木箱受到地面的滑动摩擦力,滑动摩擦力的方向与木箱的运动方向相反,阻碍木箱的运动.1.如图所示,木箱在水平推力F的作用下沿地面向右运动.如果撤去推力F,木

2、箱可以沿地面一直运动吗?为什么?2.用力按住一毛刷,使其在水平桌面上向前滑动,如图所示.刷毛为什么向后弯曲?用手提着毛刷使刷毛只和桌面接触但不挤压,毛刷在桌面上滑动时,刷毛是否发生弯曲?请解释原因. 答案:毛刷滑动时受到了向后的滑动摩擦力作用,所以刷毛向后弯曲.当毛刷和桌面没有挤压时,刷毛没有发生弯曲,刷毛没有受到滑动摩擦力作用,说明物体间只接触没有弹力时没有滑动摩擦力.3.结合生活经验,请猜测滑动摩擦力的方向有何特点以及滑动摩擦力的大小与哪些因素有关.答案:滑动摩擦力的方向在接触面内且与相对运动方向相反.滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度、接触面的材质等有关.F压接触面的材料接触

3、面的粗糙程度知识点二静摩擦力1.将一张纸夹入一本书的中间,尽量靠近装订处,然后慢慢提起纸,发现书被提了起来,书在重力作用下并不下落,如图所示.书为什么不下落?书有没有下落的趋势?答案:书没有下落是因为受到了向上的摩擦力作用,由于纸与书没有发生相对运动,所以书受到的是静摩擦力.由于重力作用,书有下落的趋势.2.如图所示,手压在桌面上并向前推,在手发生滑动前增大手对桌面的推力,你有什么发现?答案:推力越大,桌面对手的阻碍作用越大.3.你能结合生活经验,猜测静摩擦力的方向特点以及静摩擦力的大小与什么因素有关吗?答案:静摩擦力的方向沿着接触面,且与物体相对运动趋势的方向相反.静摩擦力的大小与引起物体相

4、对运动趋势的力有关.4.静摩擦力:相互接触的两个物体之间只有 的趋势,而没有相对运动,这时的摩擦力叫作静摩擦力.5.最大静摩擦力:物体即将开始运动时的摩擦力是最大静摩擦力,用Fmax表示,则物体所受静摩擦力F的变化范围是 .相对运动0FFmax小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打“”,错误的打“”).1.两个物体相互接触并挤压就一定存在摩擦力.( )2.运动的物体也可能受到静摩擦力.( )3.滑动摩擦力总是阻碍物体的运动.( )4.静摩擦力的大小随其他力而变化.( )5.有摩擦力说明一定有弹力.( )6.物体间的压力越大,则摩擦力越大.( )探究一滑动摩擦力问题情境(一)

5、如图所示,某同学做探究影响滑动摩擦力大小的因素的实验,铁块和木块的大小和形状完全相同,实验时先调节长木板水平,弹簧测力计拉着物块在长木板上沿水平方向做匀速直线运动.弹簧测力计的示数为物块与木板间滑动摩擦力的大小.甲乙丙答案:木块和铁块叠在一起时弹簧测力计的示数较大,说明当接触面粗糙程度不变时,物体间的压力越大,滑动摩擦力越大.滑动摩擦力的大小与相互接触的物体间的压力有关.1.第一次先拉着铁块做匀速直线运动,记下弹簧测力计的示数,如图甲所示;然后再把木块叠放在铁块上,使二者一起做匀速直线运动,记下弹簧测力计的示数,如图乙所示.两次弹簧测力计的示数大小有什么关系?这说明什么问题?2.继续将铁块和木

6、块叠放在一起,但木块在下,铁块在上,如图丙所示.弹簧测力计的示数与图乙相比有什么变化?说明什么问题?答案:铁块在下时,摩擦力发生在铁块和长木板之间,接触面是“木铁”;木块在下时,摩擦力发生在木块与长木板之间,接触面是“木木”.“木木”接触时,弹簧测力计的示数变大,即滑动摩擦力变大,说明当压力不变时,滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、接触面的材料有关.(二) 另一同学认为上面的探究实验操作起来误差较大,因为用手拉动弹簧测力计使物块做匀速直线运动太过困难.基于此,他重新设计了实验,如图丁所示.将弹簧测力计一端挂在物块上,另一端固定在墙上,用手拉动木板做直线运动.丁3.比较两次的实验装置,分析第二

7、种实验操作有何优点.答案:两次实验装置都是利用了二力平衡,即弹簧测力计的拉力大小等于滑动摩擦力.第一种实验装置的物块只有在做匀速直线运动时才满足上述关系;而第二种实验装置,不论外力多大,木板做什么运动,弹簧测力计示数稳定后,物块一定处于静止状态,弹簧测力计示数一定等于木板对物块的滑动摩擦力大小.4.按照图丁的实验装置,分别用大小不一样的外力拉动木板,观察弹簧测力计的示数有何特点?说明了什么问题?答案:可以观察到木板的速度不一样,但弹簧测力计的示数相同,说明滑动摩擦力的大小与物体相对运动的速度无关.5.请讨论并总结出滑动摩擦力的产生条件.答案:滑动摩擦力的产生条件:(1)物体相互接触且挤压(物体

8、间有弹力);(2)接触面粗糙;(3)物体间有相对运动.过程建构1.判断滑动摩擦力有无的方法.(1)条件法:根据滑动摩擦力的产生条件判断.(2)二力平衡法:当物体处于平衡状态(静止或者匀速直线运动)时,根据二力平衡条件判断.2.对滑动摩擦力的理解.(1)“相对运动”指的是研究对象相对于与其接触的物体的运动.物体之间的相对运动,都是以施力物体为参考系的,而不一定是物体对地的运动,相对地面静止的物体可能受滑动摩擦力.(2)“阻碍”:滑动摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动.滑动摩擦力既可与物体的运动方向相同作为动力,也可与物体的运动方向相反作为阻力.如图所示,小车停在光滑的水平面上,小车上放一物体

9、,当用水平向右的力F拉动物体在小车上发生相对滑动时,小车也沿水平面向右运动.物体受到小车的滑动摩擦力Ff与物体的运动方向相反,是阻力;小车受到物体的滑动摩擦力Ff与小车的运动方向相同,是动力.3.计算滑动摩擦力的方法.(1)公式法:根据公式Ff=FN计算.(2)二力平衡法:物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时,根据二力平衡条件求解.【典例1】下列情景中,物体M所受滑动摩擦力Ff的示意图正确的是( )A.物体沿粗糙的水平地面向左运动B.物体沿斜坡上行C.物体贴着竖直墙壁自由下落D.瓶子从手中滑下解析:物体沿粗糙的水平地面向左运动时,受到向右的滑动摩擦力,选项A正确;物体沿斜坡上行时,受到沿斜

10、坡向下的滑动摩擦力,选项B错误;物体贴着竖直墙壁自由下落时,物体与墙壁间没有弹力,则没有摩擦力,选项C错误;瓶子从手中滑下,则摩擦力方向向上,选项D错误.答案:A判断滑动摩擦力方向的方法(1)选取研究对象(受滑动摩擦力作用的物体);(2)选取跟研究对象接触的物体为参考系;(3)找出研究对象相对参考系的运动方向;(4)滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反.【典例2】当水平拉力为F=40 N时质量为m1=10 kg的木板A可以在水平面上匀速前进.若在木板上再放一个质量为m2的铁块B,为使它们匀速前进,水平拉力F为60 N,如图所示,求铁块B的质量.g取10 N/kg.解析:拉力F=40 N时,由二

11、力平衡知,滑动摩擦力Ff=40 N,木板对水平面的压力F压=m1g=100 N,由Ff=F压得,动摩擦因数=0.4.当拉力F=60 N时,木板对水平面的压力F压=(m1+m2)g,摩擦力Ff=60 N,Ff=F压,解得m2=5 kg.答案:5 kg正确理解滑动摩擦力公式Ff=FN(1)动摩擦因数的大小跟相互接触的两个物体接触面的材料、接触面的情况(粗糙程度、干湿情况)有关.(2)根据Ff =FN可知,滑动摩擦力的大小只由 和FN决定,与物体的接触面积、物体如何运动无关.(3)FN是物体所受的支持力,大小不一定等于物体的重力,FN的大小根据受力情况确定.探究二静摩擦力问题情境在水平桌面上放一质量

12、较大的木块,用弹簧测力计水平向右拉木块.1.当测力计的示数为1 N时,木块有相对桌面运动的趋势但没有运动,为什么?答案:桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1 N的力,这个力就是桌面对木块的静摩擦力.2.当逐渐增大拉力到2 N 时,木块仍静止,随着拉力的增大,静摩擦力有什么变化?答案:静摩擦力的大小随着拉力的增大而增大.3.继续增大拉力到4 N时,木块开始运动,此时弹簧测力计的拉力突然减小到3.8 N,此后木块做匀速直线运动,拉力保持3.8 N不变,这个现象说明了什么问题?答案:当木块开始运动时,木块与桌面之间的静摩擦力达到最大,即最大静摩擦力.拉力突然变小,此后木块做匀速直线运动,说

13、明两个物体之间的滑动摩擦力小于最大静摩擦力.4.请讨论并总结出静摩擦力的产生条件.答案:静摩擦力的产生条件:(1)物体相互接触且挤压(物体间有弹力);(2)接触面粗糙;(3)物体间有相对运动趋势.过程建构1.对静摩擦力的理解.(1)“相对静止”的两种情况:一是两个物体都静止;二是两个物体做方向相同、速度相同的运动.(2)“相对运动趋势”:指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能,但仍处于相对静止状态.相对运动趋势既可由外力引起,也可由接触物体的运动状态发生改变而引起.如图所示,箱子静置于在水平公路上行驶的货车上.显然箱子在水平方向上不受其他力的作用,当货车匀速前进时,箱子与货车之间没有

14、相对运动趋势,故无静摩擦力.当货车加速、减速、转弯时,箱子相对于货车分别有向后、向前、向外的运动趋势.(3)阻碍效果:静摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动趋势.静摩擦力既可与物体的运动方向相同作为动力,也可与物体的运动方向相反作为阻力.如图所示,用弹簧测力计沿水平方向拉木块,木板和木块一起向右匀速运动.木块所受木板的静摩擦力Ff1的方向与木块运动的方向相反,是阻力;木板所受木块的静摩擦力Ff2的方向与木板运动的方向相同,是动力;木板受到桌面的滑动摩擦力Ff3的方向与木板运动的方向相反,是阻力;桌面受到木板向右的滑动摩擦力,但是桌面没有运动.2.静摩擦力的大小.(1)取值范围:0Ff Fma

15、x.(2)计算方法:二力平衡法.(3)最大静摩擦力与压力的关系:最大静摩擦力与压力有关,并且压力越大,最大静摩擦力越大.这就是人们用手拿东西时用力握紧的原因,这样可以增大最大静摩擦力,从而不让物体从手中滑落.3.静摩擦力方向的判断.(1)直接判断:对于相对运动趋势比较明显的情况,可以根据“静摩擦力的方向沿着接触面且与相对运动趋势的方向相反”直接判断.(2)利用假设法判断:若物体的相对运动趋势不易判断,可假设接触面光滑,看物体会怎样相对运动,根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向,从而判断静摩擦力的方向.(3)根据力的相互性判断:若甲、乙两物体间有静摩擦力,并且能判断出甲对乙的静摩擦力

16、的方向,则乙对甲的静摩擦力的方向与甲对乙的静摩擦力的方向相反.4.静摩擦力与滑动摩擦力的区别与联系.项目静摩擦力滑动摩擦力产生条件相同点相互接触;相互挤压;接触面粗糙不同点有相对运动趋势有相对运动力的三要素大小与压力无关,大小为0FFmax与压力成正比,计算公式Ff=F压方向相同点与运动方向无直接关系,可与运动方向相同,也可与运动方向相反或者成某一夹角;沿着接触面;与同一接触面上的弹力方向垂直不同点与相对运动趋势方向相反与相对运动方向相反作用点在接触面(点)上;作力的图示时,可根据等效原理画到物体的重心上说明:最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大;在有些计算中可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.【典例3

17、】如图所示,物体A、B在力F作用下一起以相同速率沿F方向匀速运动.关于物体A所受的摩擦力,下列说法正确的是( )甲乙A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相同B.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相反C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力D.甲图中物体A不受摩擦力,乙图中物体A受摩擦力,方向和F相同解析:用假设法分析.甲图中,假设A受摩擦力,与A做匀速运动不符,所以A不受摩擦力;乙图中,假设A不受摩擦力,A将相对B沿斜面向下运动,则知A受沿F方向的摩擦力.选项D正确.答案:D判断静摩擦力有无的方法(1)条件法:根据摩擦力的产生条件判断.(2)二力平衡法:当物体处于静止或匀速直线运动

18、状态时,根据二力平衡条件判断.(3)假设法:判断静摩擦力的思维过程如下.【典例4】如图所示,重力为40 N的木块原来静止在水平桌面上,某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用,其中F1=13 N,F2=6 N.已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求:(1)木块所受的摩擦力的大小和方向;(2)当只将F1撤去时,木块受到的摩擦力的大小和方向.解析:本题综合考查滑动摩擦力和静摩擦力的大小和方向的判断,题目信息最大静摩擦力等于滑动摩擦力是解决此题的关键.当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑=FN=G=0.240 N=8 N,即木块与桌面间的最大静摩擦力F

19、max=8 N.(1)加上F1、F2后,F1和F2的共同作用相当于一个大小为F=F1-F2=7 N方向向右的力.由于FFmax,故加上F1、F2后木块处于静止状态,则木块受到桌面静摩擦力的作用,大小为7 N,方向水平向左.(2)将F1撤去后,由于F2Fmax,故木块仍然保持静止.由二力平衡知识知,木块受到的静摩擦力大小等于F2,方向水平向右.答案: (1)7 N水平向左(2)6 N水平向右计算摩擦力的方法(1)先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力.(2)计算滑动摩擦力:公式法、二力平衡法.(3)计算静摩擦力:二力平衡法.课堂评价1.下列操作能减小摩擦力的是( )A.汽车换上新轮胎B.短跑运动员换上钉

20、子鞋C.卫生间铺上防滑垫D.电风扇转轴处加上润滑油答案:D2.如图所示,物体质量为m,与水平桌面间的动摩擦因数为,受水平向右的推力F的作用匀速运动,重力加速度为g.物体从图示位置到物体右端滑离桌边三分之一的过程中,下列说法正确的是( )答案:AA.推力F的大小始终是mgB.物体所受摩擦力逐渐减小C.因接触面积变小,动摩擦因数会变大D.推力F因物体悬空部分变大而变小3.一物块在水平力拉动下,沿静止的水平传送带由A端运动到B端,如图甲所示,这时所受摩擦力为F1;现开动机械让传送带向左匀速传动,再次将该物块由传送带的左端匀速拉动到右端,这时所受摩擦力大小为F2,如图乙所示.则F1、F2的大小关系满足

21、( )答案:AA.F1=F2B.F1F2 D.上述三种情况都有可能甲乙4.把一个重力为G的物体,用一个水平力F=kt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整的墙上,如图所示.从t=0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是下图中的( )ABCD答案:B5.质量为3.0 kg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=8.0 N时,木箱静止;当拉力F2=10.3 N时,木箱做匀速直线运动.g取9.8 N/kg,求:(1)木箱与地面间的动摩擦因数;(2)木箱在8.0 N的拉力作用下受到的摩擦力的大小;(3)木箱在12.0 N水平拉力作用下受到的摩擦力的大小.答案:(1)0.35(2)8.0 N(3)10.3 N(2)当拉力F1=8.0 N时,木箱静止,木箱水平方向所受到的静摩擦力Ff2与F1是一对平衡力,则有Ff2=F1=8.0 N.(3)当拉力F