高中物理 3.2《研究摩擦力》同步教学课件 粤教版必修1

欢迎进入物理课堂 1 根据滑动摩擦力的定义 讨论滑动摩擦力的产生条件是怎样的 提示 滑动摩擦力的产生条件是 1 两物体相互接触且挤压 2 接触面粗糙 3 两物体间有相对运动 2 实验 1 将手在桌面上滑动 感受手受到的滑动摩擦力的方向 2 用毛刷扫桌面 观察刷毛的弯曲方向 分析毛刷受到的滑动摩擦力方向 实验后总结滑动摩擦力方向的特点 提示 滑动摩擦力的方向 与接触面相切 与相对运动方向相反 3 实验探究 如图所示 先调节木板水平 用手拉动木板 木块保持静止 弹簧测力计的示数等于木块与木板相互作用的滑动摩擦力的大小 分别改变木块的质量 木板的粗糙程度 对照相应弹簧测力计的示数 从实验中得出滑动摩擦力与哪些因素有关 1 木块是运动的还是静止的 木块受到的摩擦力是滑动摩擦力吗 弹簧测力计的示数与滑动摩擦力的大小关系如何 提示 在本实验与探究中 木块是静止的 但木块相对于木板是运动的 所以木块受的摩擦力为滑动摩擦力 因为木块始终处于静止状态 所以根据二力平衡的条件 弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小 2 本实验中若不拖动木板 而是直接用弹簧测力计拉着木块在木板上滑动 这种情况下弹簧测力计的示数一定等于滑动摩擦力的大小吗 如果不是的话 必须在什么情况下弹簧测力计的示数才等于滑动摩擦力的大小 提示 弹簧测力计的示数并不一定等于滑动摩擦力的大小 根据二力平衡的条件 只有物体处于匀速直线运动状态时 弹簧测力计的示数才等于滑动摩擦力的大小 3 本实验中物体间的滑动摩擦力的大小与物体间的压力有何关系 如何确定其大小 提示 滑动摩擦力与压力FN和接触面粗糙程度这两个因素有关 当接触面粗糙程度不变时 滑动摩擦力的大小与压力成正比 用 表示比例常数 则滑动摩擦力f FN 其中 叫做动摩擦因数 跟相互接触的两个物体的材料有关 4 滑动摩擦力公式中的压力大小是否在任何情况下都等于物体的重力大小 请举例说明 提示 物体在水平面上运动时 由于竖直方向处于二力平衡状态 重力大小与压力大小是相等的 如果物体不是在水平面上运动 则不能认为重力大小等于压力大小 当物体沿斜面下滑时 斜面的倾角越大 压力就越小 所以压力与重力不是一回事 例如 小孩沿滑梯下滑时 对滑梯的压力小于自身的重力 4 由滑动摩擦力计算公式f FN得 能否说动摩擦因数跟摩擦力成正比 跟压力成反比 提示 不能 动摩擦因数 可由摩擦力f和压力FN计算得出 但并非由f或FN决定 与接触面材料的性质和粗糙程度有关 两接触面确定的情况下 是确定的 不随摩擦力f和压力FN的改变而改变 1 对接触面粗糙 光滑的理解接触面粗糙指的是当一个物体沿另一个物体表面滑动时 凹凸不平的部分互相啮合 产生阻碍相对滑动的力 即为滑动摩擦力 接触面光滑是一种理想情况 在实际中并不存在 它不同于实际中形容接触面摩擦力很小的 光滑 凡是题目中出现 接触面光滑 光滑小球 等 一律不考虑摩擦力 2 对滑动摩擦力公式的进一步理解 1 动摩擦因数 与接触面的材料 表面的粗糙程度有关 无单位 2 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面的大小也无关 3 公式f FN中的FN是两个物体接触面间的压力 性质上属于弹力 它不是物体的重力 大小也不一定等于物体的重力大小 许多情况下需结合物体的受力情况和运动状态加以确定 滑动摩擦力1 定义 当两个物体彼此接触且相互挤压 并发生相对滑动时 在接触面上产生的阻碍相对滑动的力叫做滑动摩擦力 2 产生条件 1 两物体相互接触且挤压 2 接触面粗糙 3 两物体间有相对运动 3 方向 滑动摩擦力的方向总跟接触面相切 跟物体相对运动的方向相反 4 大小 1 相关因素 压力 接触面的性质 2 公式 f FN 为动摩擦因数 FN为正压力 典例1如图所示 某时刻质量m 2kg的木块正以3m s的速度在以5m s的速度向右传送的传送带上水平向右运动 试判断 1 木块的运动方向 木块相对于传送带的运动方向 木块所受滑动摩擦力的方向 若已知木块与传送带间的动摩擦因数 0 2 求木块受到的滑动摩擦力的大小 取g 10N kg 规范解答 1 由题可知木块正以v 3m s的速度向右运动 2 由于传送带的速度v 5m s 方向向右 则以传送带为参考系 木块向左运动 3 因为滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反 所以木块所受的滑动摩擦力的方向向右 4 滑动摩擦力的大小为f FN 其中FN是木块受到的传送带的支持力 根据木块竖直方向上二力平衡得 FN mg 则f 0 2 2 10N 4N 答案 1 向右 2 向左 3 向右 4 4N 滑动摩擦力的确定方法1 滑动摩擦力方向的判断 1 选取研究对象 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 找出研究对象相对于参考系的运动方向 4 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 2 计算滑动摩擦力大小的方法 1 公式法 根据公式f FN计算 2 二力平衡法 物体处于匀速运动或静止状态时 根据二力平衡求解滑动摩擦力的大小 变式备选 2011 湖州高一检测 在我国东北寒冷的冬季 雪橇是常见的运输工具 如图所示 沿水平冰道滑行的雪橇总质量m 1000kg 某时刻马给雪橇施加的水平拉力大小F 500N 雪橇做匀速直线运动 取g 10m s2 求 1 雪橇受到的摩擦力大小 2 雪橇与冰道之间的动摩擦因数 解析 1 由于雪橇做匀速直线运动 可知马的拉力F和滑动摩擦力f大小相等 方向相反 根据二力平衡得f F 500N 所以雪橇受到的摩擦力大小为500N 方向与拉力F的方向相反 2 雪橇与冰道间的压力FN与雪橇的总重力大小相等 即FN G 10000N 根据滑动摩擦力公式f FN得 fFN 50010000 0 05 故雪橇与冰道之间的动摩擦因数为0 05 答案 1 500N 2 0 05 1 根据静摩擦力的定义 讨论静摩擦力的产生条件是什么 提示 静摩擦力的产生条件是 1 两物体相互接触且挤压 2 接触面粗糙 3 两物体间有相对运动趋势 2 实验 1 当手压在桌面上且有向前的滑动趋势时 感受手受到的静摩擦力的方向 2 当毛刷压在桌面上且有向前的运动趋势时 观察刷毛的弯曲方向 分析毛刷受到的静摩擦力方向 实验后总结静摩擦力的方向有怎样的特点 提示 静摩擦力的方向与接触面相切 与相对运动趋势方向相反 3 实验探究在水平桌面上放一长木板 上面放一质量较大的木块 开始时 在木板与木块接触的外侧面做两个对顶的三角形的记号 当用手沿图中箭头所示方向缓缓地拉木板时 可以看到木块随木板一起移动 弹簧测力计的示数逐渐增大 但两个三角形记号的相对位置却没有变化 直到弹簧测力计的示数增大到某一数值后 才看到两个三角形记号相对位置发生变化 则 1 此过程中木板对木块有怎样的作用力 方向如何 大小如何 提示 由于木块受重力和弹簧测力计的拉力 木块相对于木板有向右运动的趋势 所以木板对木块有向上的支持力和向左的静摩擦力 支持力的大小等于木块的重力大小 由于木板缓慢运动 所以静摩擦力的大小等于弹簧测力计的弹力 即随着弹簧测力计对木块弹力的增大而增大 2 当木块相对木板将要滑动时弹簧测力计的示数如何 有何意义 提示 当木块相对木板将要滑动时 测力计的示数达到最大 说明此时木块与木板之间的静摩擦力达到最大静摩擦力fm 即静摩擦力大小的取值范围是0 f fm 3 思考 最大静摩擦力的大小与哪些因素有关 最大静摩擦力和滑动摩擦力有什么关系 提示 物体间的最大静摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关 压力越大 表面越粗糙 最大静摩擦力越大 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 通常情况下 为计算方便 可以认为二者大小相等 4 思考讨论运动的物体可以受静摩擦力吗 静摩擦力总是阻力吗 请举例说明 提示 静摩擦力作用在相对静止的物体上 但物体不一定静止 静摩擦力与相对滑动趋势的方向相反 但不一定与物体的运动方向相反 如图所示传送带将物体运送到高处 物体与传送带之间是相对静止的 它们之间的摩擦力就是静摩擦力 在这里 物体所受的静摩擦力的方向与其运动方向相同 静摩擦力对物体起到动力的作用效果 一 摩擦力的方向1 滑动摩擦力的方向 总与接触面相切 且与相对滑动方向相反 这里的 相对 是指相互接触发生摩擦的物体 而不是相对于别的物体 滑动摩擦力的方向跟物体的相对滑动方向相反 但并非一定与物体的运动方向相反 2 静摩擦力的方向 总跟接触面相切 与相对滑动趋势的方向相反 所谓 相对滑动趋势的方向 是指假设接触面光滑时 物体将要发生的相对滑动的方向 二 关于摩擦力的辨析1 静摩擦力不一定作用在静止的物体上 滑动摩擦力不一定发生在运动的物体上 因为静摩擦力是指相对静止的两物体间的摩擦力 这两个物体可以都在运动 只是运动状态完全相同即相对静止 2 滑动摩擦力一定是发生在两个相对滑动的物体之间 涉及到的两个物体只要是相对滑动就可以 静摩擦力1 定义 两个相对静止的相接触的物体间 由于存在相对滑动的趋势而产生的摩擦力 2 作用效果 总是起着阻碍物体间相对运动的作用 但不一定阻止物体的运动 可以是动力 也可以是阻力 3 产生的条件 1 接触面粗糙 2 有弹力 3 有相对运动趋势 4 大小 等于使物体产生相对运动趋势的外力大小 两物体间的静摩擦力f在零和最大静摩擦力fmax之间 即0 f fmax 跟相对运动趋势强弱程度有关 但跟接触面相互挤压力FN无直接关系 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 在中学阶段讨论问题时 如无特殊说明 可认为它们数值相等 5 方向 一定与相对运动趋势的方向相反 与物体的运动方向可能相反 可能相同 还可能成其他任意夹角 6 方向的判定 由静摩擦力方向跟接触面相切 跟相对运动趋势方向相反来判定 由物体的平衡条件来确定静摩擦力的方向 由动力学规律来确定静摩擦力的方向 典例2 双选 如图所示 质量为m的木块被水平推力F压着 静止在竖直墙面上 当推力F的大小增加到2F时 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 木块所受墙面的弹力不变D 木块所受墙面的摩擦力不变 规范解答 选A D 在水平方向上 F与墙壁对木块的弹力是平衡力 当推力F的大小增加到2F时 木块所受墙面的弹力必增加到原来的2倍 故A正确 在竖直方向上 重力和木块受到墙壁的静摩擦力是平衡力 重力不变则静摩擦力也不变 故D也正确 静摩擦力的确定方法1 静摩擦力的有无及方向的判断 1 假设法 假设接触面是光滑的 判断物体将向哪个方向运动 从而确定运动趋势的方向 进而判断出静摩擦力的方向 2 二力平衡法 根据物体的运动状态 应用二力平衡条件判断静摩擦力的有无和方向 2 静摩擦力大小的确定静摩擦力的大小由外部因素决定 通常计算时 应根据物体的运动情况 如静止 匀速运动 利用二力平衡条件列方程求解 变式备选 如图所示 一辆汽车在平直公路上 车上有一个木箱 试判断下列情况中 木箱所受到的静摩擦力的方向 木箱和车面无相对滑动 1 汽车由静止开始加速运动时 2 汽车刹车时 3 汽车匀速运动时 解析 1 木箱随汽车一起由静止开始加速运动时 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来的静止状态 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动时 二者无相对滑动 假设木箱受水平向右的摩擦力 跟木箱接触的物体只有汽车 汽车最多能对它施加两个力 支持力FN和摩擦力f 由二力平衡条件知 FN与G平衡 但没有力与f平衡 木箱不能做匀速直线运动 这与题意矛盾 所以假设不成立 即木箱不受静摩擦力 答案 1 向前的静摩擦力 2 向后的静摩擦力 3 不受静摩擦力 典例3如图所示 位于水平桌面上的物块P 由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连 从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的 已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是 两物块的质量都是m 滑轮的质量 滑轮轴上的摩擦都不计 若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动 则F的大小为 A 4 mgB 3 mgC 2 mgD mg 思路点拨 解答本题应把握以下三点 1 Q与P之间和P与桌面之间的压力大小及各接触面上摩擦力的方向 2 各接触面上的摩擦力及绳中拉力的大小 3 根据P的受力情况确定出拉力F 解析 选A 由于P向右运动 则Q向左滑动 所以Q对P的摩擦力 桌面对P的摩擦力均向左 大小分别为f1 mg f2 2 mg 绳子对P的拉力大小等于f1 所以F 2f1 f2 4 mg 故A正确 1 关于摩擦力的产生 下列说法中正确的是 A 相互压紧的粗糙物体间一定有摩擦力B 有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力C 相互压紧并运动的物体间一定有摩擦力作用D 相互压紧和发生相对运动 或相对运动趋势 的物体间可能有摩擦力作用 解析 选D 要产生摩擦力首先要在接触面之间有压力 其次要接触面不光滑而且物体之间有相对运动或有相对运动趋势 故只有D正确 2 用拖把拖地时 如发现某个地方污渍特别顽固 我们就会使劲向下压拖把 这样就有可能把污渍清除 下列选项中 对使劲向下压拖把的原因解释最合理的是 A 将拖把中的水挤出 将污渍洗掉B 可以帮助人握紧拖把C 通过增大压力而增大拖把与地面之间的摩擦力D 没有任何作用 解析 选C 滑动摩擦力与压力有关 在动摩擦因数不变的前提下 压力越大 摩擦力越大 拖地时使劲向下压拖把 就是为了增加压力而达到增大拖把与地面之间的摩擦力的目的 故选C 3 如图所示 水平地面上有一货箱 货箱所受的重力G 1000N 某人用F 400N的水平力拉货箱 没有拉动 则货箱受到的静摩擦力大小是 A 400NB 600NC 1000ND 1400N 解析 选A 货箱在水平方向受拉力和摩擦力并处于静止状态 根据二力平衡的原理可得摩擦力等于400N A对 4 2011 南昌高一检测 如图所示 重200N的木箱与竖直墙壁间的动摩擦因数为0 2 在竖直向上F 100N的拉力作用下 沿竖直墙壁下滑 则木箱受的摩擦力为 A 40NB 100NC 20ND 0 解析 选D 木箱与墙壁之间没有弹力 不满足摩擦力的产生条件 因此摩擦力为零 D对 5 2011 鹤岗高一检测 如图所示 在甲图中 小孩用80N的水平力推木箱 木箱不动 则木箱此时受到的静摩擦力大小为 N 在乙图中 小孩用至少100N的水平力推木箱 木箱才能被推动 则木箱与地面间的最大静摩擦力大小为 N 在丙图中 小孩把木箱推动了 若此时木箱与地面间摩擦力大小为90N 木箱对地面的压力大小为200N 则木箱与地面间动摩擦因数为 解析 甲图中木箱水平方向受到推力和静摩擦力 由二力平衡得木箱受到的静摩擦力大小为80N 乙图中小孩用至少100N的水平力推木箱 木箱才能被推动 说明木箱与地面间的最大静摩擦力大小为100N 丙图中 小孩把木箱推动了 木箱和地面间有滑动摩擦力 根据f FN得答案 801000 45 一 选择题 本题共6小题 每小题5分 共30分 1 2011 承德高一检测 两个相互接触的物体 关于接触处的弹力和摩擦力 以下说法正确的是 A 一定有弹力 但不一定有摩擦力B 如果有弹力 则一定有摩擦力C 如果有摩擦力 则一定有弹力D 如果有摩擦力 则其大小一定与弹力成正比 解析 选C 摩擦力的产生条件为 两个物体间接触且挤压 接触面粗糙 有相对运动或相对运动的趋势 而两物体间弹力的产生条件为接触且挤压 所以有摩擦力必定有弹力 有弹力不一定有摩擦力 故C正确 A B D错误 2 如图所示 在 0 1的水平面上向右运动的物体 质量为20kg 在运动过程中 还受到一个水平向左大小为10N的拉力作用 则物体受到的滑动摩擦力为 g 10N kg A 10N 向右B 10N 向左C 20N 向右D 20N 向左 解析 选D 物体受到的滑动摩擦力f FN mg 0 1 20 10N 20N 方向向左 D正确 3 如图所示 两个相同的木块 在外力的拉动下 分别以5m s 7m s的速度向右滑行 它们所受的摩擦力的大小关系为 A f1 f2因为甲与地面之间的接触面积大B f1 f2 因为乙与地面之间的压强大C f1 f2 因为乙的速度大D f1 f2 因为f FN 它们对地面的压力FN相同且 也相同 解析 选D 只要木块相对地面运动 受到的摩擦力就是滑动摩擦力 与相对运动速度的大小无关 与接触面的面积无关 并且它们对地面的压力FN相同且 也相同 根据滑动摩擦力计算公式f FN可知 滑动摩擦力必相同 故选项D正确 4 2011 杭州高一检测 双选 武警战士进行体能训练 双手握住竖立竹竿攀登 以下说法正确的是 A 他沿竹竿匀速下滑时 所受到的摩擦力方向竖直向上B 他沿竹竿匀速下滑时 所受到的摩擦力方向竖直向下C 他沿竹竿匀速上攀时 所受到的摩擦力方向竖直向下D 他停在空中时增大握竿力 所受到的摩擦力保持不变 解析 选A D 武警战士沿竹竿匀速下滑时 受到竖直向上的滑动摩擦力作用 A正确 B错误 他沿竹竿匀速上攀时 受到竖直向上的静摩擦力作用 C错误 他停在空中增大握竿力时 是增大了手与竿之间的压力 增大了最大静摩擦力 而受到的竖直向上的静摩擦力大小始终等于重力的大小 保持不变 D正确 规律方法 摩擦力与物体运动的关系由于摩擦力给我们留下的印象经常是消极的 被动的 负面的 有些同学总以为静摩擦力是阻力 总与物体的运动方向相反 这是错误的 摩擦力与物体运动的关系 正确理解如下 1 摩擦力的方向总是与物体间相对运动 或相对运动趋势 的方向相反 而不一定与物体的运动方向相反 2 摩擦力总是阻碍物体间的相对运动 而不一定是阻碍物体的运动 3 摩擦力不一定是阻力 也可以是动力 摩擦力不一定使物体减速 也可能使物体加速 4 受静摩擦力的物体不一定静止 但一定保持相对静止 5 滑动摩擦力的方向不一定与运动方向相反 5 2011 三明高一检测 双选 用手握住一个油瓶 瓶始终处于竖直方向 如图所示 下列说法正确的是 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 解析 选A C 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的重力大小决定 油瓶变重 它受到的静摩擦力须随之增大 手握得紧一点 相应的最大静摩擦力值也就大一些 才能保证油瓶不会掉落下来 如果手握得不够紧 压力不够大 最大静摩擦力小于油瓶的重力 油瓶就会掉下来 所以选项A正确 手握得越紧 手与瓶之间的压力越大 最大静摩擦力值也就越大 但这时油瓶受到的是静摩擦力 是与油瓶重力平衡的静摩擦力 是一个定值 大小等于油瓶的重力大小 可见 选项B错误 C正确 显然D也不正确 6 2011 南京高一检测 双选 如图所示 两个相同的物体A和B 叠放在水平桌面上 现以水平力F拉B 而两物体均保持静止 则下列结论正确的是 A A和B之间存在摩擦力作用B A和B之间存在静摩擦力作用C B与桌面间存在静摩擦力作用D 若撤去外力F 则A和B之间 B与水平面之间都不存在摩擦力 解析 选C D 以A物体为研究对象 A物体在竖直方向上受重力和支持力 二者平衡 假设A受到B对它的静摩擦力 该力的方向一定沿水平方向 这样无论静摩擦力方向向左或向右 都不可能使A物体处于平衡状态 这与题中所给A物体处于静止状态相矛盾 故A物体不受B对它的静摩擦力 反过来 B物体也不受A物体对它的静摩擦力 所以A B 间无静摩擦力 A B错误 又因A B整体保持静止 由平衡条件得 水平面对整体一定有向左的静摩擦力 而水平面对整体的静摩擦力也就是水平面对B物体的静摩擦力 物体B受到水平桌面对它的静摩擦力方向应向左 C正确 若撤去外力F 容易知道A和B之间仍无摩擦力 B与水平面之间可由假设法判断也不存在摩擦力 D正确 二 非选择题 本题共2小题 共20分 要有必要的文字叙述 7 8分 如图 把弹簧测力计的一端固定在墙上 用力F水平向左拉金属板 金属板向左运动 此时弹簧测力计的示数稳定 图中已把弹簧测力计的示数放大画出 则物块P与金属板间的滑动摩擦力大小是 N 若用弹簧测力计测得物块P重13N 根据表中给出的动摩擦因数 可推算出物块P的材料为 解析 由题图可读出弹簧测力计的示数是2 60N 物块P在水平方向受到两个力的作用 一是物块P与金属板间向左的摩擦力 二是向右的拉力 大小为弹簧测力计的示数 为2 60N 由二力平衡可知 物块P与金属板间的滑动摩擦力的大小是2 60N 再由f FN得 0 20 由表中数据可知物块P的材料为木头 答案 2 60木头 8 2011 烟台高一检测 12分 如图所示 一轻质弹簧的劲度系数为500N m 用其拉着一个质量为10kg的物体在水平面上运动 当弹簧的伸长量为4cm时 物体恰好在水平面上做匀速直线运动 取重力加速度g 10m s2 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 物体受到的摩擦力为多大 解析 1 物体在水平面上受到弹簧的拉力F和滑动摩擦力f作用 由二力平衡得f F kx 500 4 10 2N 20N物体和水平面间的压力FN mg 100N根据f FN得 0 2 2 当弹簧的伸长量为6cm时 弹簧的弹力F kx 500 6 10 2N 30N 20N 故物体在水平面上滑动 受到滑动摩擦力作用 大小仍为f 20N 答案 1 0 2 2 20N 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全