高中物理-专题练习-高一物理摩擦力典型习题

摩擦力，这个贯穿整个力学乃至电磁学部分的“老朋友”，既是高一物理学习的重点，也是不少同学眼中的难点。它不像重力、弹力那样“直白”，其大小和方向的判断往往需要我们对物体的运动状态和受力情况进行细致入微的分析。今天，我们就通过一系列典型习题，来好好梳理一下摩擦力的“脾气”，争取让这个“老朋友”变得亲切起来。核心概念回顾与辨析在动手做题之前，我们有必要先静下心来，将摩擦力的核心概念在脑海中过一遍“电影”，这是解决所有问题的基础。静摩擦力(fₛ)*产生条件：相互接触、挤压（有弹力）、接触面粗糙、有相对运动趋势。*大小：0<fₛ≤fₘₐₓ（最大静摩擦力）。其具体数值由物体所受的其他外力及运动状态决定，遵循“按需分配”原则，即静摩擦力会根据需要提供恰好足以平衡其他外力（在相对运动趋势方向上）的力。*方向：总是与物体相对运动趋势的方向相反。这里的“相对”二字，指的是相对于接触的物体，而非地面或其他参照物。判断相对运动趋势方向是关键，常用“假设光滑法”——假设接触面光滑，物体将要向哪个方向运动，其相对运动趋势就是哪个方向，静摩擦力方向与之相反。滑动摩擦力(fₖ)*产生条件：相互接触、挤压（有弹力）、接触面粗糙、发生相对滑动。*大小：fₖ=μN。其中μ是动摩擦因数，取决于接触面材料和粗糙程度；N是正压力（垂直接触面的压力），它不一定等于物体的重力，需要结合具体受力情况分析。*方向：总是与物体相对运动的方向相反。同样，“相对”是指相对于接触的物体。特别强调：无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，其方向的判断都离不开“相对”二字，这是理解摩擦力方向的“灵魂”。典型习题与深度解析接下来，我们通过几道典型例题，来实战演练一下。请同学们在看解析前，先自己尝试分析和解答，这样才能真正检验学习效果。一、概念辨析与基础判断例题1：关于摩擦力，下列说法正确的是（）A.静止的物体一定不受摩擦力B.运动的物体一定受到滑动摩擦力C.摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反D.摩擦力一定是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势分析与解答：这道题主要考察对摩擦力基本概念的理解。A选项：静止的物体也可能受静摩擦力。例如，静止在斜面上的物体，或者用力推桌子但桌子没动，桌子都受到静摩擦力。所以A错误。B选项：运动的物体不一定受滑动摩擦力。例如，物体在光滑水平面上匀速运动时不受摩擦力；或者随传送带一起匀速运动的物体，相对传送带静止，受到的是静摩擦力（如果传送带加速或减速则另当别论）。所以B错误。C选项：摩擦力的方向是与“相对运动”或“相对运动趋势”方向相反，而不是与“物体的运动方向”相反。例如，人走路时，脚向后蹬地，相对地面有向后的运动趋势，地面给脚的静摩擦力方向向前，与人的运动方向相同，正是这个力推动人前进。所以C错误。D选项：这正是摩擦力的作用效果——阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势。“阻碍相对”是核心。所以D正确。答案：D二、静摩擦力的有无及大小计算例题2：质量为m的木块静止在粗糙的水平桌面上，现用一水平向右、大小为F₁的力推木块，木块未动。随后，又施加一水平向左、大小为F₂的力（F₂<F₁），木块仍然静止。求前后两种情况下木块所受静摩擦力的大小和方向。分析与解答：木块始终静止，处于平衡状态，所受合外力为零。分析水平方向受力：推力和静摩擦力。第一种情况：仅受向右的F₁。木块有向右的相对运动趋势，因此桌面对木块的静摩擦力方向水平向左，以阻碍这种趋势。根据二力平衡，静摩擦力f₁=F₁。第二种情况：同时受向右的F₁和向左的F₂（F₂<F₁）。此时，两个外力的合力为F₁-F₂，方向水平向右。因此，木块相对桌面仍有向右的相对运动趋势。静摩擦力方向水平向左，以平衡这个合力。根据二力平衡，静摩擦力f₂=F₁-F₂。思考：如果F₂>F₁，情况会怎样？静摩擦力的方向又会如何？（答案：木块有向左的相对运动趋势，静摩擦力方向向右，大小为f₂=F₂-F₁）答案：第一种情况：大小F₁，方向水平向左；第二种情况：大小F₁-F₂，方向水平向左。三、滑动摩擦力的大小计算例题3：一个质量为m的物体，在水平拉力F的作用下，沿粗糙水平地面向右做匀速直线运动。已知物体与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。求：（1）物体所受滑动摩擦力的大小和方向。（2）水平拉力F的大小。分析与解答：物体做匀速直线运动，处于平衡状态，合外力为零。（1）滑动摩擦力f的计算：滑动摩擦力的大小f=μN，其中N为正压力。在水平面上，物体竖直方向受力平衡，N=mg。因此，f=μmg。物体相对地面向右滑动，所以滑动摩擦力方向水平向左。（2）水平拉力F的大小：水平方向，拉力F与滑动摩擦力f平衡，所以F=f=μmg。答案：（1）大小μmg，方向水平向左；（2）F=μmg。四、摩擦力与物体运动状态的结合例题4：如图所示，在倾角为θ的固定粗糙斜面上，有一质量为m的物块。（1）若物块静止在斜面上，求物块所受静摩擦力的大小和方向。（2）若物块沿斜面匀速下滑，求物块所受滑动摩擦力的大小和方向，以及物块与斜面间的动摩擦因数μ。分析与解答：对于斜面问题，通常选取沿斜面和垂直于斜面为坐标轴建立直角坐标系，进行受力分析并正交分解。（1）物块静止在斜面上：受力分析：重力mg（竖直向下）、支持力N（垂直斜面向上）、静摩擦力fₛ（沿斜面方向，阻碍相对运动趋势）。物块有沿斜面向下滑动的趋势，因此静摩擦力方向沿斜面向上。沿斜面方向：fₛ=mgsinθ（平衡重力沿斜面向下的分力）。垂直斜面方向：N=mgcosθ。（2）物块沿斜面匀速下滑：此时物块相对斜面向下滑动，受到滑动摩擦力fₖ，方向沿斜面向上，阻碍相对运动。物块匀速下滑，沿斜面方向受力平衡：fₖ=mgsinθ。垂直斜面方向：N=mgcosθ。又因为fₖ=μN，所以μ=fₖ/N=(mgsinθ)/(mgcosθ)=tanθ。答案：（1）静摩擦力大小mgsinθ，方向沿斜面向上；（2）滑动摩擦力大小mgsinθ，方向沿斜面向上；动摩擦因数μ=tanθ。五、摩擦力方向的判断——“相对运动/趋势”例题5：如图所示，一水平传送带以恒定速度v顺时针转动。将一初速度为零的小物块轻放在传送带的左端。分析物块在达到与传送带共速之前，所受滑动摩擦力的方向。分析与解答：这是一个典型的判断“相对运动”方向的问题。物块刚放在传送带上时，速度为零，而传送带以速度v向右运动。因此，物块相对传送带有向左的运动（因为传送带向右走，物块跟不上，相对传送带就向左“跑”）。滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，所以传送带对物块的滑动摩擦力方向向右。正是这个向右的滑动摩擦力，使物块加速，直到与传送带速度相等，此时相对静止，滑动摩擦力消失（假设传送带水平且匀速）。思考：如果物块以大于传送带的初速度滑上传送带，方向又如何？（答案：物块相对传送带向右运动，滑动摩擦力向左）答案：滑动摩擦力方向水平向右。总结与建议摩擦力问题千变万化，但万变不离其宗。解决摩擦力问题，我们要时刻牢记以下几点：1.明确研究对象：分析哪个物体受到的摩擦力。2.判断摩擦力类型：是静摩擦还是滑动摩擦？这取决于物体间是否有相对滑动。3.分析相对运动或相对运动趋势方向：这是判断摩擦力方向的关键。“相对”是指相对于接触的那个物体。可以采用“假设光滑法”辅助判断趋势。4.计算摩擦力大小：*静摩擦力：根据平衡条件或牛顿第二定律求解，0<fₛ≤fₘₐₓ，切记没有现成公式直接计算（除最大静摩擦力可近似认为fₘₐₓ≈μₛN）。*滑动摩擦力：fₖ=μₖN，N为正压力，其大小需结合具体的受力情况（如竖直方向平衡）求解，不一定等于重力。5.结合运