2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修一 第三章 相互作用—力 第2节

这是一份高中物理全册综合优秀导学案及答案，共17页。

摩擦力


























滑动摩擦力


1. 滑动摩擦力的产生条件


（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。


2. 滑动摩擦力的大小


由公式Ff＝μF压计算（也可以由二力平衡、牛顿第二定律来求解）


（1）动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与F压无关。


（2）F压是两个相接触的物体间的压力，它不一定等于重力，F压的大小可以与重力G大小相等，也可以不等。


3. 滑动摩擦力的方向


与相对运动方向相反，与物体的运动方向无直接关系，与物体的运动方向可能相同，也可能相反。


例：（1）如图所示，光滑水平面上，B的速度v2大于A的速度v1，画出A、B所受滑动摩擦力的方向。








（2）滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？


答案：（1）如图所示





（2）滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动，但与物体的运动方向可能相同，也可能相反，即滑动摩擦力可能是阻力，也可能是动力。








静摩擦力


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趋势。


2. 静摩擦力的大小


（1）范围：0＜Ff≤Ffmax。


（2）计算：物体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，最大静摩擦力与正压力成正比。


3. 静摩擦力的方向


与相对运动趋势方向相反，与物体运动方向无直接关系，既可与运动方向相同，也可与运动方向相反。











质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如下图所示，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视为相等，给物体一水平推力F。（取g＝10 N/kg）





（1）当推力大小为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？


（2）当推力大小为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？


（3）物体运动过程中突然把推力去掉，此时地面对物体的摩擦力是多大？


【答案】（1）5 N （2）10 N （3）10 N


【解析】在地面上，FN＝mg，则滑动摩擦力（即最大静摩擦力Fmax）大小为Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N。


（1）当推力F＝5 N时，F

（2）当推力F＝12 N时，F>Fmax，物体滑动。则地面对物体的滑动摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10 N。


（3）物体运动过程中突然把推力去掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小F滑′＝10N。








如图所示，一质量为m的木块靠在竖直粗糙的墙壁上，且受到水平力F的作用，下列说法正确的是（ ）





A. 若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上


B. 若木块静止，当F增大时，木块受到的静摩擦力随之增大


C. 若木块静止，当F增大时，最大静摩擦力随之增大


D. 若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块不受摩擦力作用


【答案】ACD


【解析】木块在推力作用下静止时，处于平衡态，受推力F、重力G、向上的静摩擦力f和向右的支持力N，如图





根据共点力平衡条件


F=N


G=f


当推力增大时，物体仍然保持静止，故静摩擦力大小不变，始终与重力平衡；因而A正确，B错误；若木块静止，当F增大时，最大静摩擦力随之增大，故C正确；撤去推力后，墙壁对物体的支持力减小为零，摩擦力为零，物体只受重力，做自由落体运动，故D正确。








如图所示，有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙的水平地面上，现用水平力F作用在B上，三个物体仍然静止，下列说法中正确的是（ ）





A. B对A有摩擦力作用


B. B受到A、C的摩擦力作用


C. B受到C的摩擦力作用


D. 地面对C有摩擦力作用，大小等于F


【答案】CD


【解析】假设B对A有摩擦力作用，则A受力不能平衡，与题给条件不符，所以B对A无摩擦力作用，A错误；根据力的相互性可知，A对B也无摩擦力作用，B错误；假设C对B无摩擦力作用，则B在水平方向上只受力F作用，不可能保持静止，与题给条件不符，故B受到C的摩擦力作用；由于A、B、C是保持静止的，那么地面给C的摩擦力大小为F，方向向左，所以选项C、D正确。








1. 摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，并不是阻碍物体的运动。


摩擦力的方向与物体相对运动（趋势）方向相反，与物体运动方向没必然联系。


2. 滑动摩擦力


滑动摩擦力大小F＝μFN，μ与F、FN均无关，只与接触面的性质有关，FN指正压力，并不一定等于重力。也可由二力平衡和牛顿第二定律求解滑动摩擦力的大小。


3. 静摩擦力


静摩擦力的大小有一个范围：0＜F ≤ Fmax；静摩擦力与正压力无关，最大静摩擦力与正压力成正比。








（答题时间：20分钟）


1. 如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是（ ）





A. N处受到的支持力竖直向上


B. M处受到的支持力竖直向上


C. N处受到的摩擦力沿水平方向


D. M处受到的摩擦力沿MN方向


2. 水平的传送带将工件匀速地从一端传送到另一端的过程中（不计空气阻力）（ ）


A. 工件受到与运动方向相同的静摩擦力作用


B. 工件受到与运动方向相同的滑动摩擦力作用


C. 工件受到与运动方向相反的滑动摩擦力作用


D. 工件不受摩擦力作用


3. 如下图所示为皮带传送装置，甲为主动轮，乙为从动轮，传运过程中皮带不打滑，P、Q分别为两轮边缘上的两点，下列说法正确的是（ ）





A. P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动的方向相反


B. P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同


C. P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反


D. P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动的方向相同


4. 三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，由于所受的水平力不同，A做匀速运动，B做加速运动，C做减速运动，那么，它们受到的摩擦力的大小关系应是（ ）


A. FC>FA>FB


B. FC

C. FA＝FB＝FC


D. 不能比较大小


5. 如下图所示，木块放在水平地面上，在F＝8 N的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，速度为1 m/s，则下列说法中正确的是（ ）





A. 以1 m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的摩擦力为8 N


B. 当木块以2 m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的摩擦力小于8 N


C. 当水平拉力F＝20 N时，木块受到的摩擦力为20 N


D. 将水平拉力F撤去，木块速度越来越小，是因为木块受到的摩擦力越来越大


6. 为了测定木块和竖直墙壁之间的滑动摩擦因数，某同学设计了一个实验：用一根弹簧将木块压在墙上，同时在木块下方有一个拉力F2作用，使木块恰好匀速向下运动（弹簧随木块一起向下运动），如下图所示。现分别测出了弹簧的弹力F1、拉力F2和木块的重力G，则动摩擦因数μ应等于（ ）





A.


B.


C.


D.


7. 判断下列图中物体A是否受静摩擦力作用（A和B相对静止）；若受，判断物体A受的静摩擦力沿什么方向？























1.【答案】B


【解析】M处受到的支持力的方向与地面垂直向上，即竖直向上，N处受到的支持力的方向与原木P垂直向上，不是竖直向上，故A错误，B正确；因原木P有沿原木向下的运动趋势，所以N处受到的摩擦力沿MN方向，故C错误。原木相对于地有向左运动的趋势，则在M处受到的摩擦力沿地面向右，故D错误。


故选：B。


2.【答案】D


【解析】摩擦力的存在条件是接触面不光滑，两者存在挤压且有相对运动或相对运动趋势，但在水平面上匀速运动的工件，与传送带之间既没有相对运动，也没有相对运动趋势，所以不存在摩擦力，故D项正确。


3.【答案】B


【解析】由题意可知甲轮与皮带间、乙轮与皮带间均相对静止，皮带与轮间的摩擦力为静摩擦力，假设甲轮与皮带间无摩擦力，则甲轮转动时皮带不动，P点相对于皮带向前运动，可知P点相对于皮带有向前运动的趋势，则甲轮上的P点受到的静摩擦力方向向后，即与甲轮的转动方向相反；再假设皮带与乙轮间没有摩擦力，则当皮带转动时，乙轮将会静止不动，这时，乙轮边缘上的Q点相对于皮带向后运动，可知Q点有相对于皮带向后运动的趋势，故乙轮上Q点所受摩擦力向前，即与乙轮转动方向相同。


4.【答案】C


【解析】由F＝μFN知F的大小只与μ和FN有关，与物体的运动状态无关。


5.【答案】A


【解析】木块在F＝8N的水平拉力作用下做匀速直线运动，说明木块受到的滑动摩擦力也为8 N，A、B、C、D四种情况下，木块与地面间的摩擦力均为滑动摩擦力，故都为8 N。A正确，B、C、D错误。


6.【答案】A


【解析】木块恰好匀速向下运动，说明木块受力平衡，则有：Ff＝G＋F2，Ff＝μF1


则μ＝


7.【答案】假设甲图物体A受静摩擦力作用，根据二力平衡知识可知，A的平衡状态被破坏，因此假设是错误的，故甲图物体A不受静摩擦力；乙图物体A也处于平衡状态，由于物体A受向右的力F的作用，由二力平衡知物体A一定受向左的静摩擦力作用；丙图中假设物体A受静摩擦力作用，根据二力平衡知识可知，物体A的平衡状态被破坏，不会做匀速直线运动，因此假设是错误的，物体A不受静摩擦力；丁图中，根据二力平衡知识可知，物体A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用，静摩擦力的方向与运动方向相反。








摩擦力的计算


























一、滑动摩擦力的计算


1. 公式Ff＝μF压


2. 二力平衡


3. 牛顿第二定律





二、静摩擦力的计算


1. 范围：0＜F≤Fmax。


2. 计算：物体处于匀速或静止时，根据二力平衡条件求解。


3. 最大静摩擦力和滑动摩擦力的关系：最大静摩擦力一般稍大于滑动摩擦力，但在一般计算中可粗略地认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。











1. 如图所示，一重为40 N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13 N，F2＝6 N。已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：





（1）木块所受的摩擦力的大小和方向；


（2）当只将F1撤去时，木块受到的摩擦力的大小和方向；


（3）当只将F1撤去时，木块受到的摩擦力的大小和方向。


【答案】（1）7 N 水平向左 （2）6 N 水平向右 （3）8 N 水平向左


【解析】当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑＝μFN＝μG＝0.2×40 N＝8 N，故木块受到桌面的最大静摩擦力为8 N。


（1）加上F1、F2后，F1和F2相当于一个方向向右的力F＝F1－F2＝7 N。由于F小于最大静摩擦力，故木块处于静止状态，则木块受到桌面静摩擦力的作用，大小为7 N，方向水平向左。


（2）将F1撤去后，由于F2小于最大静摩擦力，故木块仍然保持静止。由二力平衡知识知，木块受到的静摩擦力大小等于F2，即大小为6 N，方向水平向右。


（3）撤去F2后，由于F1大于最大静摩擦力，则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小为8 N，方向水平向左。


2. 把一个重为G的物体，用一个水平力F＝kt（k为恒量，t为时间）压在竖直的足够高的平整的墙上，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（ ）








【答案】B


【解析】由于物体受到的水平推力为F＝kt，由二力平衡得，墙与物体间的弹力FN＝kt。当F比较小时，物体所受的摩擦力Ff小于物体的重力G，物体将沿墙壁下滑，此时物体与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力，由公式可得，滑动摩擦力大小Ff＝μkt。当摩擦力Ff大小等于重力G时，物体有速度，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，故B正确，A、C、D错误。








如图所示，一个质量为M＝2 kg的物体放在粗糙水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一个质量为m0＝0.1 kg的小桶相连，已知：M受到的最大静摩擦力Fmax＝4.5 N，物体与定滑轮间的细绳水平，滑轮上的摩擦不计，g取10 N/kg，求在以下情况中，M受到的摩擦力的大小。





（1）只挂m0时；


（2）只挂m0，但在M上再放一个M′＝3 kg的物体时；


（3）只在桶内加入m1＝0.33 kg的砂子时；


（4）只在桶内加入m2＝0.5 kg的砂子时。


【答案】（1）1 N （2）1 N （3）4.3 N （4）4 N


【解析】（1）因为m0g＝1 N

（2）在M上再放一个M′＝3 kg的物体，M仍静止，仍受静摩擦力F2＝F1＝m0g＝1 N。


（3）因为（m0＋m1）g＝4.3 N

（4）因为（m0＋m2）g＝6 N>Fmax，故物体运动，受到滑动摩擦力作用，所以F4＝μFN＝μMg＝4 N。








1. 计算摩擦力时，先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。


2. 滑动摩擦力大小的计算


公式法：根据Ff＝μFN计算。


也可根据二力平衡和牛顿第二定律进行计算。


3. 静摩擦力随外力的变化而变化，范围在0到最大静摩擦力Fmax之间，因此不能由公式Ff＝μFN求解。静摩擦力大小需要根据物体的运动状态和受力情况来求解。








（答题时间：20分钟）


1. 如图所示，用大小为100 N的握力握住一个重为40 N的瓶子。瓶子竖直，始终处于静止状态。已知手掌与瓶子间的动摩擦因数μ＝0.5，则（ ）





A. 瓶子受到的摩擦力大小为40 N


B. 瓶子受到的摩擦力大小为50 N


C. 当握力进一步增大时，瓶子受到的摩擦力将成正比增大


D. 当握力持续减小时，瓶子受到的摩擦力大小将持续减小


2. 如图甲所示，质量为m的木块放在粗糙的水平地面上，木块与地面间的动摩擦因数为0.5，水平推力F作用于木块上，但未把木块推动，则在选项图中反映木块受到的静摩擦力Ff随水平推力F变化的关系图线是（ ）





A. B.


C. D.


3. 如下图所示，两块木板紧紧夹住木块，一直保持静止，木块重为30 N，木块与木板间的动摩擦因数为0.2。若左右两端的压力F都是100 N，则每块木板对木块的摩擦力大小和方向是（ ）





A. 30 N，方向向上


B. 20 N，方向向上


C. 40 N，方向向下


D. 15 N，方向向上


4. 如图所示，A、B、C三个物体的质量相等，有F＝1 N的两个水平力作用于A、B两个物体上，A、B、C都静止，则地面对A物体、A物体对B物体、B物体对C物体的摩擦力分别为（ ）





A. 1 N、2 N、1 N


B. 1 N、0、1 N


C. 0、1 N、0


D. 1 N、1 N、0 N


5. 如图所示，质量为m的木块在水平桌面上的木板上表面滑行，木板静止，它的质量为M＝3m，木板与木块、木板与桌面间的动摩擦因数均为μ，则木板受桌面的摩擦力大小为（ ）





A. μmg


B. 2μmg


C. 3μmg


D. 4μmg


6. 如图所示，物体A在力F作用下被夹在竖直墙与隔板B之间而处于静止状态，若将力F增大为原来的2倍，则（ ）





A. 物体A所受压力增大为原来的2倍


B. 物体A所受压力增大为原来的3倍


C. 物体A所受摩擦力保持不变


D. 因不知物体A与墙、物体A与隔板间的动摩擦因数，因而不能确定物体A所受摩擦力的大小


7. 如图在水平力F的作用下，重为G的物体沿竖直墙壁匀速下滑，物体与墙壁之间的动摩擦因数为μ，物体所受摩擦力大小一定正确的为（ ）





A. μF


B. μ（F＋G）


C. μ（F－G）


D. G


8. 重为100 N，长为L＝2 m的均匀木棒放在水平桌面上，如图甲所示，至少要用35 N的水平推力，才能使它从原地开始运动，木棒从原地移动以后，用30 N的水平推力，就可以使木棒继续做匀速运动，求：





（1）木棒与桌面间的最大静摩擦力大小Fmax；


（2）木棒与桌面间的动摩擦因数μ；


（3）当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时，如图乙所示，水平推力的大小F。


9. 如图所示，质量为2 kg的物体放在水平地板上，用一原长为8 cm的轻质弹簧水平拉该物体，当其刚开始运动时，弹簧的长度为11 cm，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为10.5 cm，已知弹簧的劲度系数k＝200 N/m。求：





（1）物体所受的最大静摩擦力为多大？


（2）物体所受的滑动摩擦力为多大？


（3）物体与地板间的动摩擦因数是多少？（g均取10 m/s2）














1.【答案】A


【解析】瓶子重力为40 N，处于静止状态，则瓶子受到的摩擦力大小等于重力，为40 N。故A正确，B错误；当握力再增大时，瓶子受到的重力不变，也就是摩擦力不变。故C错误；当握力逐渐减小时，导致瓶子的最大静摩擦力减小，但只要物体仍处于静止，则摩擦力大小不变。故D错误。


2.【答案】A


【解析】推而未动，故摩擦力Ff＝F，所以A正确。


3.【答案】D


【解析】假设接触面光滑，木块会掉下来，故木块受两边木板的向上的静摩擦力，根据对称性知道两个向上的摩擦力相等，又因为木块静止，故每块木板对木块的摩擦力是木块重力的一半，即15 N，故答案D正确。


4.【答案】C


【解析】以整体为研究对象，则整体在水平方向受向左和向右的大小相等的拉力，则二力的合力为零；若地面对A有摩擦力的话，则整体不可能静止，故地面对A的摩擦力为零；


以BC为整体进行分析，BC水平方向受向右的拉力，要使静止，则A对B一定有向左的摩擦力，大小等于F＝1N；以C为研究对象，C相对B没有相对运动的趋势，故C不受B的摩擦力。


5.【答案】A


【解析】木块向左滑动，木板相对于木块向右滑动，木板受到木块向左的滑动摩擦力大小Ff1＝μmg，因为木板静止，根据二力平衡条件，木板受到地面的静摩擦力方向向右，大小Ff2＝Ff1＝μmg，故选项A正确。


6.【答案】BC


【解析】物体A在竖直方向上受到重力和静摩擦力作用，并且在竖直方向上静止，所以静摩擦力大小等于重力，当将力F增大为原来的2倍，物体在竖直方向上的状态不变，所以静摩擦力保持不变。


7.【答案】AD


【解析】由题意可知：物体沿竖直墙壁下滑，则受到是滑动摩擦力，所以由Ff＝μFN＝μF。


又由于物体匀速下滑，所以Ff＝G。


故选：AD


8.【答案】（1）35 N （2）0.3 （3）30 N


【解析】（1）木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力，所以Fmax＝F1＝35 N。


（2）推力F2与滑动摩擦力相等时，木棒做匀速运动，所以F2＝μmg，μ＝＝0.3。


（3）当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时，水平推力等于此时的滑动摩擦力，而滑动摩擦力F＝μFN＝μmg不变，所以F＝30N。


9.【答案】（1）6 N （2）5 N （3）0.25


【解析】（1）当物体刚开始被拉动时，弹簧的伸长量为Δx1＝11cm－8 cm＝3cm，根据胡克定律可得，弹簧的弹力为：F1＝kΔx1＝200N/m×0.03m＝6 N，此时物体所受的最大静摩擦力等于弹簧的弹力，即Ffmax＝6 N。


（2）当物体匀速滑动时，弹簧的伸长量为Δx2＝10.5cm－8 cm＝2.5cm，根据胡克定律可得：


弹簧的弹力为：F2＝kΔx2＝200N/m×0.025m＝5 N，


此时物体所受的滑动摩擦力等于弹簧的弹力，即Ff＝5N。


（3）由滑动摩擦力公式可得：Ff＝μFN＝μmg，求得μ＝0.25。





重难点
题型
分值
重点
摩擦力的产生条件、大小和方向
选择


计算
4-6分
难点
摩擦力方向的判定
重难点
题型
分值
重点
摩擦力大小的计算
选择


计算
6-8分
难点
摩擦力计算方法的选择