2024届高考物理大一轮复习模拟题：第2节　摩擦力

第2节摩擦力学习目标要求核心素养和关键能力1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向。2.知道滑动摩擦力的大小跟什么有关，会求滑动摩擦力。3.知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向。4.知道最大静摩擦力的概念，知道静摩擦力的大小范围。1.科学思维利用相对运动思维及假设法判断摩擦力的存在和方向。2.关键能力分析推理能力一、滑动摩擦力1.定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。2.方向：沿着接触面，跟物体相对运动的方向相反。3.大小：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。(1)公式：Ff＝μFN，其中FN表示接触面上压力的大小，μ为动摩擦因数。(2)动摩擦因数μ跟相互接触的两个物体的材料、接触面的粗糙程度有关，没有单位。【判一判】(1)只要两个物体之间有弹力产生，又有相对运动，两个物体之间就一定存在滑动摩擦力。(×)(2)滑动摩擦力一定存在于两个运动的物体之间。(×)(3)静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力。(√)二、静摩擦力1.定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，这时的摩擦力叫作静摩擦力。2.方向：沿着接触面，跟物体相对运动趋势的方向相反。3.大小随外力的变化而变化，当外力增大到某一值时，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值Fmax，我们把Fmax叫作最大静摩擦力。静摩擦力的取值范围为0＜F≤Fmax。【想一想】(1)人爬树时受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？为什么？(2)静摩擦力一定是静止的物体受到的力吗？答案(1)静摩擦力。因为脚和手相对树是静止的。(2)不一定，运动的物体也可以受到静摩擦力。探究1滑动摩擦力的理解■情境导入按如图所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动。(1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计的示数有什么关系？(2)在木块上添加重物，增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？(3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？答案(1)相等(2)增大(3)增大■归纳拓展1.产生的条件两物体接触面粗糙、有弹力、发生相对运动。2.方向的判断3.大小的计算(1)公式法：由Ff＝μFN计算。(2)二力平衡法：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解。【例1】(2020·昆明市官渡区一中高一开学考)如图所示，汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动，车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动。下列判断正确的是()A.若v1<v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力B.若v1<v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力C.若v1>v2，货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D.若v1>v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力答案B解析若v1＜v2，则A相对B向右运动，故B对A施加向左的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力，故A错误，B正确；若v1＞v2，则A相对B向左运动，故B对A施加向右的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向左的滑动摩擦力，故C、D错误。【针对训练1】如图所示为某同学课桌上整齐摆放的一堆书，中间夹了一本物理课本，两侧其他书对物理课本的压力都为10N，已知书与书之间的动摩擦因数为0.25，为了将物理课本水平抽出，该同学提供的拉力至少为()A.2.5N B.5NC.10N D.15N答案B解析将物理课本水平抽出的过程中，物理课本与其他书两个接触面都有滑动摩擦力，则有Ff＝2μFN＝2×0.25×10N＝5N，当拉力等于摩擦力时，拉力最小，所以F＝5N，故B正确，A、C、D错误。探究2静摩擦力的理解■情境导入如图所示，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，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？(2)木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点？(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？答案(1)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)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。■归纳拓展1.产生条件两物体接触面粗糙、有弹力、具有相对运动趋势。2.方向判断假设法假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动，即物体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二力平衡法当物体受静摩擦力处于平衡状态时，可根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向3.大小计算(1)范围：0＜F≤Fmax。最大静摩擦力与正压力成正比。一般情况下，最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力，为分析问题方便，可认为二者相等。(2)计算：物体匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解。4.“三个方向”和“两个阻碍”(1)运动方向：一般指物体相对于地面的运动方向。(2)相对运动方向：指滑动摩擦力的受力物体相对于施力物体的运动方向。(3)相对运动趋势方向：指静摩擦力的受力物体相对于施力物体的运动趋势方向。(4)阻碍：滑动摩擦力阻碍的是物体间的相对运动，静摩擦力阻碍的是物体间的相对运动趋势，但它们不一定阻碍物体的运动，即它们都可以作动力，也可以作阻力。【例2】关于静摩擦力，下列说法中正确的应是()A.两个表面粗糙的物体，只要直接接触就会产生静摩擦力B.静摩擦力总是阻碍物体的运动C.静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反D.两个物体之间的静摩擦力总是一个定值答案C解析两个表面粗糙的物体，直接接触产生弹性形变，且有相对运动趋势，就会产生静摩擦力，故A错误；静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势方向相反，故B错误，C正确；对一个条件确定的接触面，静摩擦力的大小是变化的，而最大静摩擦力是一定的，故D错误。【针对训练2】(2020·云南大理期末)如图，一个木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力作用，木块处于静止状态。其中F1＝10N、F2＝2N，则摩擦力的大小、方向()A.10N，方向向左 B.2N，方向向右C.8N，方向向左 D.零答案C解析对木块受力分析，木块受重力、支持力、F1、F2和静摩擦力，根据木块处于静止状态有F1＝F2＋Ff，解得Ff＝8N，方向向左，C正确，A、B、D错误。探究3摩擦力的分析【例3】(2020·重庆西南大学附中月考)某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器通过棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的F－t图像如图乙所示，则()甲乙A.实验中必须让木板保持匀速运动B.图乙中曲线反映了物块所受摩擦力大小随时间的变化曲线C.由乙图知，物块受到的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小D.只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数答案B解析实验中力传感器固定不动，即物块保持静止，由二力平衡原理可知，力传感器示数即反映摩擦力大小，并不需要保持木板做匀速运动，曲线反映了物块所受摩擦力大小随时间的变化曲线，A错误，B正确；由图乙可知，开始物块受到棉线的拉力和长木板的静摩擦力平衡，直到拉力峰值为10N左右，即最大静摩擦力约为10N；之后物块和长木板相对滑动，物块所受的摩擦力和棉线拉力平衡，由图乙可知滑动摩擦力大小约为7N左右，物块受到的最大静摩擦力大小大于滑动摩擦力大小，C错误；图乙中数据可得出物块与木板间的滑动摩擦力大小，由Ff＝μFN＝μmg，可知只用图乙中数据，不能得出物块与木板间的动摩擦因数，D错误。1.(滑动摩擦力的理解)关于由滑动摩擦力公式推出的μ＝eq\f(Ff,F压)，下列说法正确的是()A.动摩擦因数μ与摩擦力Ff成正比，Ff越大，μ越大B.动摩擦因数μ与正压力F压成反比，F压越大，μ越小C.动摩擦因数μ与摩擦力Ff成正比，与正压力F压成反比D.动摩擦因数μ的大小由两物体接触面的粗糙程度及材料决定答案D解析动摩擦因数取决于相互接触的两个物体，由两物体接触面的粗糙程度及材料决定，与正压力及摩擦力无关，选项A、B、C错误，D正确。2.(静摩擦力的理解)下列有关静摩擦力的说法中正确的是()A.只有静止的物体才受静摩擦力B.静摩擦力与压力成正比C.静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直D.静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反答案C解析解此题的关键是明确静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。受静摩擦力作用的物体不一定静止，故A错误；静摩擦力的大小与压力大小不成正比(除最大静摩擦力外)，它只与物体的运动状态及所受其他力的情况有关，B错误；静摩擦力的方向可与物体的运动方向成任意角度，C正确；静摩擦力的方向与物体的运动方向无关，但一定与物体的相对运动趋势方向相反，D错误。3.(静摩擦力的计算)如图所示，若小猫沿树匀速攀上和匀速下滑，它所受的摩擦力分别是F1和F2，则()A.F1向下，F2向上，且F1＝F2 B.F1向下，F2向上，且F1＞F2C.F1向上，F2向上，且F1＝F2 D.F1向上，F2向下，且F1＝F2答案C解析由题意可知小猫向上、向下均做匀速运动，且小猫竖直方向上受重力、摩擦力作用，故二力平衡，由重力的大小和方向可推断出摩擦力方向总是向上的，且大小等于小猫的重力，选项C正确。4.(摩擦力的分析)重量为200N的木箱放在水平地板上，至少要用45N的水平推力，才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后，用40N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速运动。求：(1)木箱与地板间的最大静摩擦力Fmax大小；(2)木箱所受的滑动摩擦力Ff大小；(3)木箱与地板间的动摩擦因数μ；(4)如果用15N的水平推力推静止的木箱，木箱所受的摩擦力大小。答案(1)45N(2)40N(3)0.2(4)15N解析(1)至少用45N的水平推力推木箱，木箱才能从原地开始运动，则此时水平推力恰好等于最大静摩擦力，所以木箱与地板间的最大静摩擦力Fmax＝45N。(2)用40N的水平推力，可以使木箱做匀速运动，则木箱受到的滑动摩擦力Ff＝40N。(3)因Ff＝μF压＝μG，故μ＝eq\f(Ff,G)＝eq\f(40N,200N)＝0.2。(4)当推静止木箱的力为15N时，由于推力小于最大静摩擦力，木箱仍保持静止，故此时的摩擦力大小为F＝15N。课时定时训练(限时30分钟)题组一滑动摩擦力的理解1.如图所示，在动摩擦因数μ＝0.1的水平桌面上向右运动的物体质量为20kg，在运动过程中，还受到一个方向向左的大小为10N的拉力F作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10N/kg)()A.10N，向右 B.10N，向左C.20N，向右 D.20N，向左答案D解析由于FN＝mg，滑动摩擦力Ff＝μFN＝μmg＝20N，物体向右运动，则滑动摩擦力方向向左，故选项D正确。2.为了测定木块和竖直墙壁之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：用一根弹簧将木块压在墙上，同时在木块下方有一个拉力F2作用，使木块恰好匀速向下运动，如图所示。现分别测出了弹簧的弹力F1、拉力F2和木块的重力G，则动摩擦因数μ应等于()A.eq\f(F2＋G,F1) B.eq\f(F2,F1)C.eq\f(G,F1) D.eq\f(F1＋G,F2)答案A解析木块对墙面的压力FN＝F1，对木块受力分析可知，墙对木块的摩擦力Ff＝F2＋G，故动摩擦因数μ＝eq\f(Ff,FN)＝eq\f(F2＋G,F1)，选项A正确。3.(2020·吴江汾湖高级中学高一月考)用弹簧测力计测定木块A、B间的动摩擦因数μ，如图甲、乙所示。(1)为了用弹簧测力计的读数表示滑动摩擦力大小，两种情况中木块A是否都一定要做匀速运动？(2)若木块A在拉力FT的作用下做匀速运动，甲图中A、B间摩擦力是否等于拉力FT?(3)若A、B的重力分别为100N和150N，甲图中弹簧测力计读数为60N(当A被拉动时)，FT＝100N，求A、B间的动摩擦因数μ。答案(1)见解析(2)不等于(3)0.4解析(1)图甲中B静止，B受到的摩擦力大小始终等于弹簧测力计的示数，因B受到的摩擦力大小与A、B相对速度无关，所以A不一定要做匀速运动。乙图中，要使弹簧测力计示数始终等于A受到的摩擦力大小，A一定要做匀速运动。(2)甲图中A在水平方向上受三个力作用：B对A的摩擦力FfBA，地面对A的摩擦力Ff和拉力FT，则FT＝FfBA＋Ff，所以FfBA≠FT。(3)甲图中，弹簧测力计读数为60N，即B受到滑动摩擦力为60N，由F＝μFN得μ＝eq\f(FfAB,FN)＝eq\f(FfAB,GB)＝eq\f(60N,150N)＝0.4。题组二静摩擦力的理解4.用手握住瓶子，使瓶子在竖直方向悬空静止，如图所示，关于瓶子所受的摩擦力，下列说法正确的是()A.握力越大，摩擦力越大B.只要瓶子不动，摩擦力的大小就与握力的大小无关C.如果握力加倍，则摩擦力的方向由向下变成向上D.手越干越粗糙，摩擦力越大答案B5.在车站、商场、机场、展览馆和体育馆等人流集中的地方，通常会安装自动扶梯(图1)或自动人行道(图2)，当一人分别站在左面的自动扶梯与右面的自动人行道从一楼匀速上到二楼的过程中，他所受的摩擦力对应的是()A.都受到沿斜面向上的摩擦力B.都受到水平向右的摩擦力C.在图1不受摩擦力，图2受到沿斜面向上的摩擦力D.图1受到水平向右的摩擦力，图2不受摩擦力答案C解析图1中扶梯对人有向上的支持力，当人匀速运动时，人相对扶梯没有运动，也没有运动趋势，故人不受摩擦力；图2中，自动人行道为斜面，人相对自动人行道有向下的运动趋势，故人受到沿自动人行道向上的摩擦力，所以选项C正确，A、B、D错误。6.(2020·江苏高二月考)运动员在立定跳远时，脚蹬地起跳瞬间的受力示意图是()答案A解析运动员在立定跳远时，脚蹬地起跳瞬间，运动员受重力、地面对人竖直向上的支持力、和地面对人向前的摩擦力，故A项正确，B、C、D三项错误。7.下列情景中，物体M所受摩擦力Ff的示意图正确的是()答案B解析物体静止在水平面上，不受摩擦力，选项A错误；汽车停在斜坡上时，有沿斜坡向下滑动的趋势，则摩擦力方向沿斜坡向上，选项B正确；物体贴着竖直墙壁自由下落时，物体与墙壁间没有正压力，则没有摩擦力，选项C错误；瓶子被握在手中时，有下滑的趋势，则摩擦力方向向上，选项D错误。题组三摩擦力的分析8.(多选)关于摩擦力与弹力的关系，下列说法中正确的是()A.有弹力一定有摩擦力B.有弹力不一定有摩擦力C.有摩擦力一定有弹力D.同一接触面上的弹力和摩擦力的方向一定垂直答案BCD解析若相互接触的两个物体之间有弹力，但两物体间无相对运动或相对运动趋势，则不可能有摩擦力，选项A错误，B正确；有弹力是有摩擦力的必要条件，所以有摩擦力必有弹力，选项C正确；弹力的方向与接触面垂直，摩擦力的方向与接触面平行，D正确。9.如图所示为乘客在进入车站乘车时，将携带的物品放在以恒定速率运动的水平传送带上，使物品随传送带一起运动并通过检测仪接受检查时的情景。当乘客将携带的物品轻放在传送带上之后，关于物品受到的摩擦力，下列说法正确的是()A.当物品与传送带相对静止时，物品受到静摩擦力B.当物品受到摩擦力作用时，摩擦力方向与物品运动方向相同C.当物品受到摩擦力作用时，物品不一定受到弹力作用D.由于物品相对于地面是运动的，所以物品一直受到滑动摩擦力答案B解析当物品与传送带相对静止时，物品不受摩擦力作用，A错误；当把物品放上传送带时，物品相对传送带有向后运动的趋势，故物品受摩擦力的方向与运动方向相同，B正确；有摩擦力，一定有弹力，C错误；物品虽然相对地面是运动的，但相对传送带静止时，物品不受摩擦力作用，D错误。10.如图所示，铁质的棋盘竖直放置，每个棋子都是一个小磁铁，能吸在棋盘上，不计棋子间的相互作用力，下列说法正确的是()A.棋子共受三个力作用B.棋子对棋盘的压力大小一定等于重力C.磁性越强的棋子所受的摩擦力越大D.质量不同的棋子所受的摩擦力不同答案D解析棋子受重力G、棋盘面的吸引力F、弹力FN和静摩擦力Ff，共四个力作用，选项A错误；棋盘对棋子的吸引力与棋盘面对棋子的弹力平衡，棋子与棋盘间的相互作用的弹力与棋子的重力无关，选项B错误；棋子所受摩擦力与棋子的重力平衡，与磁性强弱无关，选项C错误，D正确。11.在中学秋季田径运动会上，高一2班李好同学奋力拼搏，勇夺男子100m冠军，下图为该同学奔跑途中的两个瞬间，用Ff1、Ff2分别表