（人教版）必修第一册高一物理同步讲练测专题3.2 摩擦力（讲）（解析版）

专题3.2摩擦力【讲】一．讲核心素养物理观念：摩擦力的概念。1.知道摩擦力的定义及分类。(重点)2.理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件。(重点)3.会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小。(难点)4.了解最大静摩擦力的概念，并知道滑动摩擦力和最大静摩擦力之间的大小关系。科学思维：用平衡法、公式法计算摩擦力的大小，用假设法、条件法判断摩擦力的有无及方向。科学探究：通过实验验证静摩擦力是“被动力”，测定动摩擦因数。科学态度与责任：通过实例分析，理解相对运动与相对运动趋势的区别，能应用摩擦力的规律分析、解决实际问题。二．讲考点与题型【考点一】对静摩擦力的理解和应用1．静摩擦力产生的条件(1)接触面是粗糙的。(2)两物体相对静止但存在相对运动趋势。(3)两物体在接触面上有正压力(弹力)。2．四种方法判断静摩擦力的有无(1)条件判断法：接触面之间有压力、粗糙且有相对运动趋势。(2)假设法：假设两物体间无静摩擦力，看物体是否相对滑动，判断思路如下：(3)力的作用效果判断法：如果相互接触的物体间存在摩擦力，则必有相应的作用效果——平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态，可据此确定有无静摩擦力。(4)相互作用判断法：利用力的相互作用性，若甲对乙有静摩擦力，则乙对甲也有静摩擦力，据此可以判断物体是否受静摩擦力。3．静摩擦力的方向(1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动趋势的方向相反。(2)与物体运动的方向可能相同，也可能相反。4．静摩擦力的大小(1)探究：如图所示(2)结论：静摩擦力会随着外力的改变而改变，由二力平衡可知，静摩擦力大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力。静摩擦力有一个最大的限度，即最大静摩擦力Fmax，静摩擦力的大小范围是0＜F≤Fmax。【例1】(2020-2021·郑州高一检测)如图所示，物体A、B叠放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是()A．A、B之间无摩擦力B．A受到B的摩擦力水平向左C．B受到A的摩擦力水平向左D．地面对B的摩擦力为静摩擦力，水平向右【思路点拨】【答案】C【解析】对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等值反向，故选项A、B错误；对B物体，由力的作用的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，故选项C正确；对A、B整体分析，由于A、B一起向左匀速运动，则地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，且水平向右，故选项D错误。【素养提升】本题考查的核心素养是物理观念与科学思维。【规律总结】静摩擦力与运动的关系辨析(1)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，关键决定于相对另一物体是否有相对运动趋势．(2)静摩擦力阻碍的是物体间的相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动，即静摩擦力不一定是阻力．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．(3)皮带不打滑说明皮带与轮接触处，皮带相对于轮静止，静摩擦力对主动轮是阻力，对从动轮是动力．。【变式训练1】(多选)如图所示，质量为m的木块在水平推力F的作用下静止在竖直墙壁上，若推力F的大小增加到2F，则()A．木块所受墙面的弹力增加到原来的2倍B．木块所受墙面的摩擦力增加到原来的2倍C．木块所受墙面的摩擦力方向向下D．木块所受墙面的摩擦力不变【答案】AD【解析】由于木块是静止的，所以木块与墙面之间的摩擦力为静摩擦力，木块在水平方向上受到推力F和墙对它的弹力FN，它们是一对平衡力，即FN＝F，则当F增加到2F时，FN也增加到2F，A正确；在竖直方向上，木块的重力与墙面对木块的静摩擦力是一对平衡力，即木块受到墙面的静摩擦力大小恒等于木块的重力大小，方向与重力的方向相反，即沿墙面向上，B、C错误，D正确。【变式训练2】下列关于静摩擦力的说法中，正确的是()A．两个相对静止的物体间一定有静摩擦力B．受静摩擦力作用的物体不一定是静止的C．静摩擦力对物体的运动总是起阻碍作用D．静摩擦力一定比滑动摩擦力大【答案】B【解析】两个相对静止的物体间要满足静摩擦力产生的全部条件才有摩擦力，选项A错误；受静摩擦力作用的物体相对于静摩擦力的施力物体静止，但不一定是静止的，选项B正确；无论静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以与运动的方向相同，选项C错误；静摩擦力大小在零和最大静摩擦力之间，只有最大静摩擦力比滑动摩擦力大，选项D错误．【考点二】滑动摩擦力1．“相对运动”的意义滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，“相对运动”可能是因为两个物体一个静止，另一个在运动；可能是因为两个物体一个运动得快，另一个运动得慢；还可能是因为两个物体运动方向相反。所以发生相对运动的物体不一定处于运动状态，可能是因为另一个物体在运动造成的。2．滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触挤压。(2)物体间的接触面不光滑。(3)两物体间存在相对运动。3．滑动摩擦力的方向(1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反。(2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反。4．滑动摩擦力的大小(1)公式法：根据公式Ff＝μFN计算。①正压力FN是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，FN的大小根据物体的受力情况确定。②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关。(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据二力平衡条件求解。【例2】质量为3kg的木块放在水平地板上，用F＝6N的水平拉力拉该木块时，木块恰能做匀速直线运动。(g取10N/kg)(1)求木块与地板间的动摩擦因数；(2)若F的大小不变而将方向改为竖直向上作用于该木块上，则此时应加一个多大的水平拉力，才能使该木块保持匀速直线运动状态？(3)若在物体运动过程中撤去拉力，在物体继续向前滑行的过程中，物体受到的摩擦力是多大？【思路点拨】物体在水平拉力作用下在水平面上运动时，物体对地面的压力大小等于物体的重力大小，根据摩擦力公式Ff＝μFN求解动摩擦力因数，并用平衡条件列方程，结合受力分析，即可求解。【答案】(1)0.2(2)4.8N(3)6N【解析】(1)木块做匀速直线运动，则Ff1＝F＝6N而Ff1＝μFN1＝μmg，故μ＝eq\f(Ff1,mg)＝eq\f(6,3×10)＝0.2。(2)将F的方向改为竖直向上后，木块对水平地板的压力FN2＝mg－F＝24N，保持木块做匀速直线运动的拉力，F′＝μFN2＝0.2×24N＝4.8N。(3)撤去拉力，物体继续向前滑行的过程中，FN3＝mg＝30NFf3＝μFN3＝0.2×30N＝6N。【素养提升】本题考查的核心素养是物理观念及科学思维。【技巧总结】求解滑动摩擦力大小的思路(1)判断滑动摩擦力的有无：根据接触面的性质和物体间是否产生相对运动，确定物体之间是否存在滑动摩擦力。(2)求解方法的选取①如果物体做匀速直线运动，可根据二力平衡法和公式法求解滑动摩擦力大小。②如果物体做非匀速直线运动，可根据公式Ff＝μFN求解滑动摩擦力的大小。【变式训练】．如图所示，质量为20kg的物体放在水平地面上，已知物体与水平地面间的最大静摩擦力为120N，动摩擦因数是0.5，物体的一端与一根劲度系数为4×103N/m的轻质弹簧相连(设弹簧的形变均在弹性限度内，取g＝10m/s2)，问：(1)将弹簧拉长2cm时，物体受到地面的摩擦力Ff1多大？(2)将弹簧拉长4cm时，物体受到地面的摩擦力Ff2多大？(3)物体在水平面上匀速运动时，弹簧形变量Δx多大？【思路点拨】：①根据拉力F和最大静摩擦力的大小关系判断物体受静摩擦力还是滑动摩擦力．②静摩擦力可用二力平衡关系求解，滑动摩擦力可用公式Ff＝μFN求解．【答案】(1)80N(2)100N(3)0.025m【解析】(1)根据胡克定律F＝kx，当x＝2cm＝0.02m时，F1＝4×103×0.02N＝80N由于拉力F1小于最大静摩擦力，物体具有向右的运动趋势，此时物体受到地面的静摩擦力大小为Ff1＝80N.(2)当x＝4cm＝0.04m时，F2＝4×103×0.04N＝160N，大于最大静摩擦力，物体已经运动，这时摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff2＝μFN＝μmg＝0.5×20×10N＝100N.(3)当物体在水平面上匀速运动时，物体受滑动摩擦力，摩擦力和拉力为一对平衡力，即弹簧拉力F＝μmg＝100N，由F＝kΔx解得Δx＝eq\f(100,4×103)m＝0.025m.【考点三】摩擦力的“突变”问题摩擦力突变的常见情况分类说明案例图示静—静“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于平衡状态，当作用在物体上的其他力发生突变时，如果物体仍能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小或方向将会发生“突变”在水平力F作用下物体静止于斜面，F突然增大时物体仍静止，则所受静摩擦力大小或方向将“突变”静—动“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”为滑动摩擦力放在粗糙水平面上的物体，水平作用力F从零逐渐增大，物体开始滑动时，物体受到地面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力动—静“突变”在摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不受摩擦力作用，或滑动摩擦力“突变”为静摩擦力滑块以v0冲上斜面做减速运动，当到达某位置静止时，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力动—动“突变”某物体相对于另一物体滑动的过程中，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”水平传送带的速度v1大于滑块的速度v2，滑块受到的滑动摩擦力方向向右，当传送带突然被卡住时滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左【例3】(多选)(2021·辽宁鞍山高一期中)如图所示，水平木板上有质量m＝3.75kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小如图所示，取重力加速度g＝10m/s2，下列判断正确的是()A.t＝1s时外力F等于零B.t＝6s时外力F可能等于5NC.物块与木板间的动摩擦因数为0.08D.物块与木板间的动摩擦因数为0.11【答案】ABC【解析】根据题意可知水平木板表面粗糙，因为物块在水平方向上的摩擦力在t＝1s时为零，若受到不为零的外力F作用，则必定会产生摩擦力，故互相矛盾，因此t＝1s时F＝0，故A正确；由图可知，物块受到的最大静摩擦力为4N，外力需要大于最大静摩擦力才可能让该物体受到的摩擦力从静摩擦力变成滑动摩擦力，而在t＝6s时，该物体受到的摩擦力刚好从静摩擦力变成滑动摩擦力，所以外力F必定大于4N，可能是5N，故B正确；由图可知，物体受到的滑动摩擦力Ff＝3N，因为Ff＝μmg，动摩擦因数μ＝eq\f(Ff,mg)＝eq\f(3,3.75×10)＝0.08，故C正确，D错误。【素养提升】本题考查的核心素养是物理观念科学思维。【技巧总结】物体受到的外力发生变化时，物体受到的摩擦力就有可能发生突变．解决这类问题的关键：正确对物体进行受力分析和运动状态分析，从而找到物体摩擦力的突变“临界点”．【变式训练1】把一重为G的物体，用一个水平的推力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整的墙面上，如图所示，从t＝0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是图中的哪一个()【答案】B【解析】由于物体受的水平推力为F＝kt，由二力平衡得，墙与物体间的压力FN＝kt.当F比较小时，物体受到的摩擦力Ff小于物体的重力G，物体将沿墙壁下滑，此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力．由Ff＝μFN得，滑动摩擦力Ff＝μkt，当摩擦力Ff大小等于重力G时，由于惯性作用，物体不能立即停止运动，物体受到的摩擦力仍然是滑动摩擦力．随着摩擦力的增大，摩擦力将大于重力，物体做减速运动直至静止，摩擦力将变为静摩擦力，静摩擦力与正压力无关，跟重力始终平衡．【变式训练2】如图甲所示，A物体放在水平面上，动摩擦因数为0.2，物体A重10N，设物体A与水平面间的最大静摩擦力为2.5N，若对A施加一个由零均匀增大到6N的水平推力F，请在图乙中画出A所受的摩擦力FA随水平推力F变化的图线．【答案】：见解析图【解析】：水平推力F≤2.5N之前，物体未动，物体受静摩擦力FA＝F.当F>2.5N后，FA发生突变，变成滑动摩擦力，其大小为FA滑＝μFN＝μG＝0.2×10N＝2N．作出图象如图所示．三．讲知识体系四．课堂练习1．(2021·青羊校级月考)关于摩擦力，有人总结了“四条不一定”，其中说法错误的是()A．摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B．静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C．受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D．静摩擦力一定是阻力，滑动摩擦力不一定是阻力【答案】D.【解析】：滑动摩擦力与物体的相对运动方向相反，即相对相接触的那个物体的运动方向相反，与物体的实际运动方向可以成任意角度，故A正确；静摩擦力的方向不一定与运动方向共线，比如：贴着车厢壁运行的物体，故B正确；货物在传送带上向高处运动时，货物受静摩擦力但不静止；受到滑动摩擦力却是静止的，比如：正在地面上滑行的物体，地面受到是滑动摩擦力，而地面是静止的，故C正确；静摩擦力与物体的相对运动趋势的方向相反，它可以是阻力、可以是动力，故D错误．2.(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)，如图所示．下列说法中正确的有()A．瓶中油越多，手必须握得越紧B．手握得越紧，油瓶受到的摩擦力越大C．不管手握得有多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的D．以上说法都正确【答案】AC.【解析】：用手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶受到的重力平衡，静摩擦力的大小由油瓶和油受到的重力(大小)决定；油瓶变重，它受到的静摩擦力必须随之增大，即手握得紧一点才能保证油瓶不会掉落下来；如果手握得不够紧，正压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶受到的重力，油瓶就会掉下来，所以选项A正确；手握得越紧，手与油瓶之间的正压力越大，最大静摩擦力也越大，但是油瓶受到的是与油瓶重力相平衡的静摩擦力，大小等于油瓶受到的重力，可见，选项B、D错误，选项C正确．3.如图所示，一辆汽车在平直公路上，车上有一木箱．试判断下列情况中，木箱所受的摩擦力及其方向．(1)汽车由静止加速运动时(木箱和车面无相对滑动)；(2)汽车刹车时(二者无相对滑动)；(3)汽车匀速运动时(二者无相对滑动)；(4)汽车刹车，木箱在车上向前滑动时；(5)汽车在匀速行驶中突然加速，木箱在车上滑动时．【答案】：(1)静摩擦力向前(2)静摩擦力向后(3)不受摩擦力(4)滑动摩擦力向后(5)滑动摩擦力向前【解析】：(1)木箱随汽车一起由静止加速运动，假设二者的接触面是光滑的，则汽车加速时，木箱由于惯性要保持原有的静止状态，因此它将相对于汽车向后滑动．而实际上木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向后滑动的趋势，所以木箱受到向前的静摩擦力．(2)汽车刹车时，速度减小，假设木箱与汽车的接触面是光滑的，则木箱将相对汽车向前滑动，而实际上木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向前滑动的趋势，所以木箱受到向后的静摩擦力．(3)木箱随汽车一起匀速运