2025届高考物理一轮总复习第2单元相互作用第4讲摩擦力课件新人教版

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滑动摩擦力和静摩擦力的比较
滑动摩擦力大小的计算公式Ff=μFN中μ为比例常数,称为动摩擦因数,其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
[练一练]1.判断下列说法对错(1)滑动摩擦力的方向总是跟物体的运动方向相反。(　　)(2)相对静止的两个物体之间一定会存在静摩擦力作用。(　　)(3)静摩擦力的大小与压力成正比。(　　)(4)静摩擦力一定阻碍物体间的相对运动趋势,但不一定阻碍物体的运动。(　　)
2.(2023浙江绍兴期中)体操运动员在水平平衡木上进行静态平衡训练,如图所示,则下列说法正确的是(　　)A.平衡木对人的摩擦力方向向左B.平衡木对人的摩擦力方向向右C.平衡时,人不受静摩擦力D.平衡时,人的脚底与平衡木之间的动摩擦因数为零
解析 根据运动员的受力和平衡状态可知,运动员在水平方向没有运动趋势,故不受摩擦力,只受竖直向上的支持力和竖直向下的重力,A、B错误,C正确;人的脚底与平衡木之间的动摩擦因数与状态无关,由材料和接触面的粗糙程度决定,D错误。
3.(2023浙江嘉兴期中)码头利用可升降传动装置在水平地面由高处向下堆砌而成的沙堆,如图所示。某公司为了得知该沙堆的具体信息,测出沙堆的周长为s,查资料得知沙子间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　)A.地面对沙堆的摩擦力不为零B.由已知条件可估算沙堆的高度C.由已知条件可估算沙堆的质量D.若相同质量的沙堆靠墙堆放,则占地面积会增大
解析 当沙子自然成堆时,形成了圆锥体形状,地面对沙堆的摩擦力为零,故A错误;沙堆表面上的沙子受重力、支持力、摩擦力的作用静止,则沙堆倾角满足μ=tan α,若已知μ与s,则由几何关系可估算出沙堆的高度,故B正确;由于沙堆密度未知故不能算出其质量,故C错误;靠墙堆放沙堆只能形成半个圆锥,而圆锥表面倾角不变,故高度变高,底面积会减小,D错误。
考点一　滑动摩擦力的分析与计算
典例　(2023浙江金华高三模拟)自行车的机械碟刹可以让车拥有更好的制动性,在同样的刹车过程中,碟刹因更高的稳定度和灵活性,致
使刹车距离更短,提供更大的安全性。碟刹由碟刹器与碟盘两者间的摩擦力实现制动。在一次缓慢刹车的过程中,下列说法正确的是(　　)A.碟刹器与自行车相对静止,碟刹器受到的是静摩擦力B.自行车骑行速度越大,碟刹器与碟盘之间的摩擦力越大C.碟刹器上受到的摩擦力方向与其相对碟盘的运动方向相反D.碟刹器夹住碟盘的力越大,碟刹器与碟盘之间的摩擦力越小
解析 碟刹器与碟盘相对运动,碟刹器受到的是滑动摩擦力,故A错误;碟刹器与碟盘之间的摩擦力与二者之间的动摩擦因数和正压力大小有关,与自行车骑行速度无关,故B错误;根据滑动摩擦力方向与相对运动方向相反可知,碟刹器上受到的摩擦力方向与其相对碟盘的运动方向相反,故C正确;根据Ff=μFN,可知碟刹器夹住碟盘的力越大,碟刹器与碟盘之间的摩擦力越大,故D错误。
变式练(2023浙江杭州高三月考)一长木板放置在水平地面上,在长木板的上方有一条状竖直挡板,挡板的两端固定于水平地面上,挡板与长木板不接触。现有一个物块在长木板上沿挡板以速度v运动,同时长木板以大小相等的速度向左运动,长木板的运动方向与竖直挡板垂直,已知物块与竖直挡板和长木板间的动摩擦因数分别为μ1和μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块的质量为m,重力加速度为g,则竖直挡板对物块的摩擦力大小为(　　)
解析 物块沿运动方向受挡板的摩擦力大小为Ff1=μ1FN,因物块沿挡板运动的速度的大小等于木板运动的速度的大小,故物块相对木板的速度方向与挡板成45°角,物块受木板的摩擦力大小为Ff2=μ2mg,其方向与挡板成45°角,如图所示,则物块与挡板之间的正压力FN=μ2mgsin 45°= μ2mg,故挡板对物块的摩擦力大小为Ff1=μ1FN= μ1μ2mg,故B正确。
方法规律滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,应用此公式时要注意以下两点:(1)μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。(2)滑动摩擦力略小于最大静摩擦力,一般情况下,可认为滑动摩擦力与最大静摩擦力近似相等。
考点二　静摩擦力的分析与计算
典例　(2023浙江绍兴高三模拟)水平地面上放着一辆手推小车,小车的水平板上放置一金属桶,金属桶始终与小车保持相对静止,则(　　)
A.当小车水平向左启动时,金属桶不受摩擦力B.当小车水平向右启动时,金属桶受到水平向左的摩擦力C.当小车水平向右减速运动时,金属桶对小车的摩擦力水平向右D.当小车水平向左减速运动时,金属桶受到的摩擦力水平向左
解析 当小车水平向左启动时,加速度a的方向向左,金属桶受到水平向左的摩擦力,A错误;当小车水平向右启动时,加速度a的方向向右,金属桶受到水平向右的摩擦力,B错误;当小车水平向右减速运动时,加速度a的方向向左,金属桶受到水平向左的摩擦力,再由牛顿第三定律可知,金属桶对小车的摩擦力水平向右,C正确;当小车水平向左减速运动时,金属桶受到的摩擦力水平向右,D错误。
变式练(多选)如图所示,三个物块A、B、C叠放在斜面上,用方向与斜面平行的拉力F作用在B上,使三个物块一起沿斜面向上做匀速运动。设C对A的摩擦力为FfA,C对B的摩擦力为FfB,下列说法正确的是(　　)A.如果斜面光滑,FfA与FfB方向相同,且FfA>FfBB.如果斜面光滑,FfA与FfB方向相反,且FfAFfBD.如果斜面粗糙,FfA与FfB方向相反,且FfA解析 斜面光滑,A匀速向上运动,故FfA沿斜面向上,C匀速向上运动,故C受到B的摩擦力沿斜面向上,因此FfB沿斜面向下;以C为研究对象,设斜面倾斜角为α,故有FfB'=FfA'+mCgsin α,故FfA与FfB方向相反,且FfA总结提升静摩擦力有无及方向的判断“三法”1.状态法根据平衡条件、牛顿第二定律,判断静摩擦力的有无及方向。2.牛顿第三定律法先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩擦力的方向。
考点三　摩擦力的综合分析与计算
摩擦力的突变问题,无论怎样变化,其题目就是静摩擦力和滑动摩擦力大小或方向的变化分析问题,解题时应注意是否因某个物理量变化造成摩擦力突变,要特别注意临界状态;静摩擦力的连接系统中,静摩擦力达到最大值就是状态即将变化的标志;特别注意传送带问题中传送带与物体的速度关系,常见下列几种突变情况。1.“静—静”突变物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力可能发生突变。
2.“静—动”突变或“动—静”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”成滑动摩擦力。两物体相对滑动的过程中,若相对速度变为零,则滑动摩擦力突变为静摩擦力,突变点常常为两物体相对速度刚好为零时。3.“动—动”突变某物体相对于另一物体滑动的过程中,若相对运动方向突然变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”。
典例　(2023浙江杭州萧山三中高三月考)如图所示,接通电动机电源,它通过细绳开始拉动平板小车,小车上的长方体木块随小车一起
向左运动,到一定程度,小车继续向左运动而木块却不再运动。下列说法正确的是(　　)A.木块开始随小车一起向左运动过程,木块受到的摩擦力为滑动摩擦力B.小车继续向左运动而木块却不再运动,木块受到的摩擦力为静摩擦力C.保持木块与小车间接触面的粗糙程度不变,在木块上方增加砝码,重复上述实验,木块最后静止下来时仍在原来的位置D.保持压力不变,换用接触面更粗糙的木块,重复上述实验,木块最后静止下来时位置离定滑轮更远
解析 木块开始随小车一起向左运动过程,木块相对小车静止,受到的摩擦力为静摩擦力,故A错误;小车继续向左运动而木块却不再运动,木块相对小车滑动,受到的摩擦力为滑动摩擦力,故B错误;保持木块与小车间接触面的粗糙程度不变,在木块上方增加砝码,导致滑动摩擦力增大,重复上述实验,木块最后静止下来时,弹簧弹力增大,则弹簧形变量增大,木块静止在原来的位置的左侧,故C错误;保持压力不变,换用接触面更粗糙的木块,也会导致滑动摩擦力增大,重复上述实验,木块最后静止下来时位置离定滑轮更远,故D正确。
变式练如图所示,货车卸货时,随着千斤顶A逐渐伸长,货车底板B与水平面间的夹角θ逐渐增大,直至货物C滑下底板B。在θ角由零逐渐增大的过程中,B、C之间的动摩擦因数为定值,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则C受到的摩擦力(　　)A.逐渐变大B.逐渐变小C.先变大后变小D.先变小后变大
解析 在货物C滑动之前,货物所受摩擦力为静摩擦力大小为Ff=mgsin θ,随着θ变大,Ff逐渐增大,当货物C开始滑动之后,货物所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为Ff'=μmgcs θ,随着θ变大,Ff'逐渐变小,故C受到的摩擦力先变大后变小。故选C。