高中物理必修第一册3.2

2．摩擦力核心素养定位物理观念(1)理解摩擦力的产生条件，会区分静摩擦力和滑动摩擦力．(2)知道滑动摩擦力的方向及其计算公式Ff＝μF压．(3)知道静摩擦力及最大静摩擦力的概念．科学思维(1)通过分析摩擦现象，总结出摩擦力的产生条件．(2)会根据相对运动的方向判断滑动摩擦力的方向，并根据Ff＝μF压计算其大小．(3)会根据相对运动趋势的方向判断静摩擦力的方向，并会根据物体的受力和运动情况，分析静摩擦力的大小和方向．科学探究通过演示实验，观察静摩擦力的大小随拉力的变化．科学态度与责任知道生产和生活中增大或者减小摩擦力的方法，培养将摩擦力知识应用于生产和生活中的意识．一、滑动摩擦力1．定义：两个相互____的物体，当它们________时，在接触面上会产生一种____相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力．有摩擦力时一定有弹力2．方向：总是________接触面，并且跟物体________的方向相反．3．大小(1)同一接触面：压力越大，滑动摩擦力________．(2)相同压力下：不同接触面间的滑动摩擦力的大小一般不同．(3)文字表述：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成________．F压的大小不一定等于物体的重力(4)公式：Ff＝μF压，μ是比例常数，叫作动摩擦因数．4．动摩擦因数的影响因素动摩擦因数的值跟________有关，接触面________不同、粗糙程度______，动摩擦因数也不同．二、静摩擦力相对地面不一定静止1．定义：相互________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．与运动方向可能相同，也可能相反2．方向：静摩擦力的方向总是跟物体相对运动________的方向相反．3．最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值Fmax，在数值上等于物体________________时的拉力．略大于滑动摩擦力4．静摩擦力的大小：两物体之间实际产生的静摩擦力F在____与最大静摩擦力________之间，即____________．【情境思考】(1)如图所示，图甲中人用力在粗糙水平面上推木箱，木箱向右运动，木箱受什么摩擦力，其方向如何？(2)图乙中物体与传送带保持相对静止斜向上匀速运动时，物体所受摩擦力的情况？(3)图丙中人百米赛跑时，脚所受摩擦力的情况？生活中的摩擦力1“相对运动”≠“运动”(1)存在相对运动的两个物体不一定都运动．(2)相对运动的方向不等同于实际运动的方向．2“相对运动趋势”的理解(1)相对运动趋势可由外力引起：如图1所示，如用力推地面上的物体，物体不动，但物体相对地面就有了运动趋势．(2)由接触物体的运动状态发生改变引起：如图2所示，箱子静置于沿平直公路上行驶的平板车上．当平板车匀速前进时，箱子与平板车之间没有相对运动趋势，故无静摩擦力．在平板车起步、刹车时，箱子相对于平板车分别有向后、向前的运动趋势．目标一滑动摩擦力【导思】如图甲、乙、丙所示，质量为2kg的木块在不同水平拉力作用下，均向右做匀速直线运动．(1)以上三图中的木块除了受到水平拉力外，水平方向还要受到一个什么力？你能根据二力平衡确定这个力的大小吗？(2)以上三图中木块受的摩擦力方向向哪？滑动摩擦力的方向与相对运动方向有何关系？(3)比较甲、乙两图，表明滑动摩擦力大小与什么因素有关？比较甲、丙两图，表明滑动摩擦力大小与什么因素有关？【归纳】1．滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触挤压(即有弹力)．(2)物体间的接触面粗糙．(3)两物体间存在相对运动．2．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，滑动摩擦力既可以是动力，也可以是阻力．3．滑动摩擦力的大小(1)公式法：根据公式Ff＝μF压计算．①正压力F压是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，F压的大小根据物体的受力情况确定．②动摩擦因数μ与接触面的材料和粗糙程度有关，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(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡条件求解．【典例】例1[滑动摩擦力方向的判断]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思维方法滑动摩擦力方向的判断方法(1)选研究对象(受滑动摩擦力作用的物体)．(2)选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物体相对运动的方向相反．例2[滑动摩擦力大小的计算][2023·江苏南通中学高一期中](多选)如图所示，木块放在水平地面上，在水平拉力F作用下做直线运动，如果F＝6N，木块向右做匀速直线运动，速度为1m/s，则下列说法中正确的是()A．以0.5m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的滑动摩擦力大小为6NB．以2m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的滑动摩擦力大于6NC．当水平拉力F＝20N时，木块受到的滑动摩擦力小于20ND．将水平拉力F撤去，木块速度越来越慢，是因为木块受到的滑动摩擦力越来越大例3如图所示，轻质弹簧的劲度系数k＝20N/cm，用水平力F拉着一个重力为200N的物体在水平面上运动，当弹簧的伸长量为4cm时，物体恰在水平面上做匀速直线运动，求：(1)物体与水平面间的动摩擦因数．(2)当弹簧的伸长量为6cm时，物体受到的水平拉力为多大？这时物体受到的摩擦力为多大？(3)如果在物体运动过程中突然撤去弹簧，而物体在水平面上仍能继续滑行，这时物体受到的摩擦力为多大？思维方法计算滑动摩擦力大小的方法(1)公式法：根据公式Ff＝μF压计算．(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．目标二静摩擦力【导思】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．当测力计的示数为1N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2N时，木块仍静止；继续增大拉力到4N时，木块开始运动，此时拉力突然变小到3.8N，此后木块匀速运动，拉力保持3.8N不变．(1)木块受到的拉力为1N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？(2)随着外力的增大，静摩擦力大小变化吗？若变化，如何变化？(3)木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点？(4)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？这说明什么？【归纳】1．静摩擦力的产生条件(1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)．(2)接触面粗糙．(3)两物体间有相对运动的趋势．2．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)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，与使物体产生相对运动趋势的外力方向相反．3．静摩擦力的大小(1)范围0<F≤Fmax.(2)计算：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解．(3)静摩擦力大小与正压力无关．【典例】例4下列各图中物体A和B始终保持相对静止，关于物体A是否受摩擦力作用及物体A受的摩擦力方向，下列说法正确的是()A．甲图中物体A受到向左的摩擦力B．乙图中物体A不受摩擦力C．丙图中物体A不受摩擦力D．丁图中物体A受到向右的摩擦力思维方法“两法”判断静摩擦力的有无(1)假设法(2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判定．例5质量为2kg的物体静止在水平地面上，如图所示．物体与地面间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力认为相等，给物体一水平推力，g取10N/kg，求：(1)当推力大小为5N时，地面对物体的摩擦力大小；(2)当推力大小为12N时，地面对物体的摩擦力大小．思维方法静摩擦力大小的计算方法静摩擦力的大小通常通过受力情况和平衡条件(二力平衡)进行计算，随产生运动趋势的力的变化而变化．1.下列关于摩擦力的说法中正确的是()A．摩擦力大小总跟接触面上的压力大小成正比B．摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反C．滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小成正比D．两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直2．下列图片中的人或物体没有利用摩擦力的是()3.(多选)如图所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下向右拉出，鱼缸在桌面上继续向右滑行了一段距离后停下，关于桌布和鱼缸所受滑动摩擦力的方向，下列说法正确的是()A．桌布对鱼缸的滑动摩擦力方向向左B．桌布对鱼缸的滑动摩擦力方向向右C．鱼缸对桌布的滑动摩擦力方向向左D．鱼缸对桌布的滑动摩擦力方向向右4．一物体置于粗糙水平地面上，按图所示不同的放法，在水平力F的作用下运动，设地面与物体各接触面间的动摩擦因数均相等，则物体受到的摩擦力的大小关系是()A.F甲>F乙>F丙B．F乙>F甲>F丙C．F丙>F乙>F甲D．F甲＝F乙＝F丙5.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6.用如图所示的装置研究静摩擦力，逐渐增大水平拉力，当弹簧测力计的示数小于10N时，物体保持静止；当弹簧测力计的示数等于10N时，物体恰好开始运动．下列说法正确的是()A．物体与桌面间的最大静摩擦力大小为10NB．物体与桌面间的静摩擦力大小和水平拉力大小无关C.当弹簧测力计的示数为15N时，物体仍受到静摩擦力作用D．当弹簧测力计的示数为5N时，物体受到的静摩擦力大小为10N2．摩擦力导学掌握必备知识一、1．接触相对滑动阻碍2．沿着相对运动3．(1)越大(3)正比4．接触面材料不同二、1．接触相对运动2．趋势3．即将开始运动4．0Fmax0<F≤Fmax情境思考提示：(1)木箱受到方向水平向左的滑动摩擦力．(2)物体受沿斜面向上的静摩擦力．(3)脚受方向水平向右的静摩擦力．共研突破关键能力目标一提示：(1)滑动摩擦力，其大小和外力大小相等，即3.6N、6.6N、5.6N.(2)方向均向左，其方向与相对运动方向相反．(3)甲、乙表明，滑动摩擦力的大小与压力大小有关；甲、丙表明，滑动摩擦力的大小与接触面间的材料有关．[例1]解析：A错，B对：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施加的向右的滑动摩擦力．C、D错：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施加的向左的滑动摩擦力．答案：B[例2]解析：由于此时木块处于匀速直线运动状态，即平衡状态，水平方向受力平衡，Ff＝F＝6N，不管运动速度等于多少，只要是做匀速直线运动，滑动摩擦力总等于6N，故A项正确，B项错误；滑动摩擦力Ff＝μFN与水平方向拉力无关，故当水平拉力F＝20N时，木块受到的滑动摩擦力为6N，故C项正确；将拉力撤去后，滑动摩擦力不变，木块在滑动摩擦力作用下做减速运动，速度减小，故D项错误．答案：AC[例3]解析：(1)由F＝kx及二力平衡条件Ff＝F知，Ff＝kx，又知Ff＝μFN、FN＝G得μ＝kxG＝20(2)物体受到的水平拉力F′＝kx′＝20×6N＝120N，此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力，所以F′f＝μG＝0.4×200N＝80N.(3)由于物体仍能滑行，所以物体所受的滑动摩擦力大小和方向不变，大小仍为80N.答案：(1)0.4(2)120N80N(3)80N目标二提示：(1)说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1N的力，这个力就是桌面对木块的静摩擦力．(2)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．(3)木块开始移动时弹簧测力计的示数达到最大，也就是静摩擦力有一个最大值，这个最大值比滑动摩擦力稍微大一些．(4)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．[例4]解析：甲图所示情况，物体A处于静止状态，根据二力平衡可知，物体A不受摩擦力作用；乙图所示情况，物体A也处于平衡状态，由于物体A受向右的力F的作用，由二力平衡可知，物体A一定受向左的静摩擦力作用；丙图所示情况，用力F拉水平地面上的物体B，物体B及其上面的物体A保持相对静止做匀速直线运动，根据二力平衡可知，物体A不受摩擦力作用；丁图所示情况，由于物体A做匀速直线运动，说明物体A在水平方向上受力平衡，根据二力平衡可知，物体A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用与F平衡，静摩擦力的方向向左．综上所述C项正确．答案：C[例5]解析：物体在水平地面上，弹力FN＝mg，则滑动摩擦力(最大静摩擦力Fmax)大小为Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10N＝10N.(1)当推力F＝5N时F<Fmax，物体静止，则物体受到静摩擦力，F静＝F＝5N.(2)当推力F＝12N时，F滑＝μFN＝μmg＝10N.答案：(1)5N(2)10N精练落实学科素养1．答案：D2．解析：传送带将货物送到高处，依靠传送带给货物的静摩擦力，A错误；乘客在竖直上升电梯中，不满足摩擦力产生条件，即没有相对运动或相对运动趋势，因此乘客不受摩擦力作用，B正确；运动员跑步，脚底相对地面有向后运动的趋势，因此地面给人向前的静摩擦力，C错误；手拿住杯子，满足摩擦力产生的条件，杯子相对手有向下滑的趋势，因此手给杯子有向上的静摩擦力，D错误．答案：B3．解析：鱼缸相对桌布向左运动，桌布对鱼缸的滑动摩擦力方向向右，故选项A错误，B正确；桌布相对鱼缸向右运动，鱼缸对桌布的滑动摩擦力方向向左，故选项C正确，D错误．答案：BC4．解析：滑动摩擦力Ff＝μFN，滑动摩擦力与接触面间的动摩擦因数以及正压力有关，与接触面的面积无关，三种情况下μ相同，FN也相等，故三种情况下的滑动摩擦力大小相等，故选D.答案：D5．解析：棋子受重力G、棋盘的吸引力F、弹力FN和静摩擦力Ff，共四个力作用，其中两个水平方向的力平衡，两个竖直方向的力平衡，即G＝Ff，F＝FN.故D正确．答案：D6．解析：物体在水平方向上受拉力和摩擦力，二力平衡，当拉力等于10N时，物体恰好开始运动，说明最大静摩擦力为10N，A正确；当物体没被拉动时，根据平衡条件可知，静摩擦力大小等于水平拉力大小，B错误；当弹簧测力计的示数为15N时，物体向右运动，受到滑动摩擦力作用，C错误；当弹簧测力计的示数为5N时，物体没被拉动，保持静止，受静摩擦力作用，大小为5N，D错误．答案：A课后篇巩固提升合格考达标练1.匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球,如图所示,小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力,下列说法正确的是()A.重力和细线对它的拉力B.重力、细线对它的拉力和斜面对它的支持力C.重力和斜面对它的支持力D.细线对它的拉力和斜面对它的支持力解析小球匀速运动,处于平衡状态,竖直方向二力平衡,则水平方向不能有力的作用,否则细线不可能处于竖直状态,故选项A正确。答案A2.(江苏南通高一期末质检)如图所示,球A在斜面上,被竖直挡板挡住而处于静止状态。关于球A所受的弹力,以下说法正确的是()A.球A仅受一个弹力作用,弹力的方向垂直于斜面向上B.球A受两个弹力作用,一个水平向左,一个垂直于斜面向下C.球A受两个弹力作用,一个水平向右,一个垂直于斜面向上D.球A受三个弹力作用,一个水平向右,一个垂直于斜面向上,一个竖直向下解析球A所受重力竖直向下,与竖直挡板和斜面都有挤压,斜面给它一个支持力,垂直斜面向上,挡板给它一个压力,水平向右,选项C正确。答案C3.如图所示,一人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上匀速运动,以下说法正确的是()A.人受到重力和支持力的作用B.人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C.人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用D.人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用解析人做匀速直线运动,则人处于平衡状态,受重力和支持力,若受摩擦力,一定沿水平方向,但没有力与摩擦力平衡,故A正确,B、C、D错误。答案A4.(多选)(福建福州高一期末)如图所示,斜面体C放在水平地面上,木块A、B在斜面体C上一起匀速下滑的过程中,斜面体C保持静止,下列说法正确的是()A.A对B的摩擦力方向水平向右B.A对B的作用力方向竖直向上C.水平地面对C的摩擦力方向水平向左D.水平地面对C的支持力等于A、B、C三个物体的重力之和解析因A、B的接触面不水平,则A对B的摩擦力不可能沿水平方向,A项错误;物体B处于平衡状态,所受合外力为0,则A对B的作用力与其所受的重力等大反向,故A对B的作用力方向一定竖直向上,B项正确;以A、B、C整体为研究对象,系统处于平衡状态,水平方向不受力,则C不受水平地面的摩擦力,C项错误;A、B、C整体处于平衡状态,既不超重也不失重,故水平地面对C的支持力等于A、B、C三个物体的重力之和,D项正确。答案BD5.如图所示,两物体A和B通过跨过定滑轮的细绳连接,它们都处于静止状态。关于物体A的受力,下列说法正确的是()A.受重力、绳子拉力、摩擦力的作用B.受重力、绳子拉力、水平面给它的弹力和摩擦力的作用C.受重力、绳子拉力、水平面给它的弹力的作用D.受重力、地球给它的吸引力、绳子拉力、水平面给它的弹力和摩擦力的作用解析由于A受到向右的摩擦力则必受到水平面的支持力作用,所以A受到重力、绳的拉力、水平向右的摩擦力和水平面支持力四个力的作用。答案B等级考提升练6.(多选)如图,甲乙两人分别乘坐两种电动扶梯,此时两电梯均匀速向上运转,则()A.甲受到三个力的作用B.甲对扶梯没有摩擦力的作用C.乙受到三个力的作用D.乙对扶梯摩擦力的方向垂直扶梯向下解析甲站在水平面上随扶梯匀速上升,受重力、竖直向上的支持力作用;甲不受扶梯的摩擦力,否则没有力与之平衡,选项A错、B对;乙站在斜面上随扶梯匀速上升,故其受重力、垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的摩擦力作用,根据牛顿第三定律,乙对扶梯的摩擦力沿斜面向下,选项C对、D错。答案BC7.如图所示,一同学站在木板上用力向右推木箱,该同学的脚与木板之间没有相对运动。若地面与木板、木箱之间均是粗糙的,下列说法正确的是()A.若木箱静止,木板向左运动,则地面对木板的摩擦力方向向右,对木箱没有摩擦力B.若木板静止,木箱向右运动,则地面对木板的摩擦力方向向右,对木箱的摩擦力方向向左C.若木板、木箱均静止,地面对木箱和木板均没有摩擦力D.若木箱向右运动,木板向左运动,则地面对木板的摩擦力方向向左,对木箱的摩擦力方向向右解析若木箱静止,木板向左运动,则地面对木板的摩擦力方向向右,对木箱有向左的摩擦力,选项A错误;若木板静止,木箱向右运动,则