高中物理教科版必修14 摩擦力学案

这是一份高中物理教科版必修14 摩擦力学案，共12页。学案主要包含了滑动摩擦力，静摩擦力等内容，欢迎下载使用。
摩擦力一、滑动摩擦力1．产生条件：(1)接触面粗糙。(2)两个物体相互接触并挤压。(3)沿接触面发生相对运动时。2．滑动摩擦力的大小：(1)规律：滑动摩擦力的大小与正压力成正比。(2)公式：f＝μN，其中μ叫作动摩擦因数，它是两个力的比值，没有单位。(3)作用效果：总是阻碍物体间的相对运动。3．滑动摩擦力的方向：总是跟物体的接触面相切，并且跟它们相对运动的方向相反。4．动摩擦因数是比例常数，影响动摩擦因数的因素有①④。①相互接触的两个物体的材料②相互接触的两个物体的接触面积③接触面的倾斜程度④接触面的粗糙程度⑤接触面受力大小二、静摩擦力“慈母手中线，游子身上衣。临行密密缝，意恐迟迟归。”诗中，慈母把布缝成衣服，靠的是什么力？提示：静摩擦力。1．方向：总是与接触面相切并且与物体间相对运动趋势的方向相反。2．效果：阻碍物体间的相对运动的趋势。3．大小：(1)请在图中作出木箱所受摩擦力的大小和方向。提示：(2)变化特点：随外力变化而变化。(3)大小范围：0＜f≤fmax，fmax为最大静摩擦力，f由物体的运动状态及外界对它的施力情况决定。知识点一　滑动摩擦力角度1滑动摩擦力的产生条件和方向1．产生条件：(1)两个物体相互接触挤压。(2)物体间的接触面不光滑。(3)两物体间存在相对运动。2．“相对运动”的意义：滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，“相对运动”可能是因为两个物体一个静止，另一个在运动；可能是因为两个物体一个运动得快，另一个运动得慢；还可能是因为两个物体运动方向相反。3．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)与物体运动的方向可能相同，也可能相反。【思考·讨论】　情境：甲图是快件随传送带向上运动，乙图是滑雪运动员沿斜面加速下滑。　讨论：(1)如图甲所示，快件刚放到传送带上时，会在滑动摩擦力的作用下向上运动，分析快件相对传送带向什么方向滑动？提示：快件相对传送带向下滑动。(2)图乙中，备战2022年冬奥会的滑雪运动员所受的滑动摩擦力会随着其运动速度的变化而变化吗？提示：滑动摩擦力大小取决于接触面和正压力，不随运动员速度的变化而变化。 【典例1】(2020·泰州高一检测)关于摩擦力的方向，下列说法中正确的是(　　)A．摩擦力的方向总是和物体运动的方向相反B．滑动摩擦力的方向一定与物体运动的方向相反C．物体所受摩擦力的方向总是和接触面垂直D．物体所受的摩擦力的方向总是和物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反【解析】选D。摩擦力的方向一定与相对运动方向相反，可能与物体的运动方向相同，可能与物体的运动方向相反，故A、B错误；物体所受摩擦力的方向总是和接触面平行，故C错误；物体所受的摩擦力的方向总是和物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反；故D正确。角度2求解滑动摩擦力的大小的思路(1)判断滑动摩擦力的有无：根据接触面的性质和物体间是否产生相对运动，确定物体之间是否存在滑动摩擦力。(2)求解方法的选取。①公式法：根据公式f＝μN求解。②平衡法：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据平衡条件求解。 【典例2】 (2021·遂宁高一检测)如图所示，在水平桌面上放一个重为20 N的木块A，木块与桌面间的动摩擦因数μA＝0.4。(1)使这个木块沿桌面做匀速运动时的水平拉力F为多少？(2)如果再在木块A上加一块重为10 N的木块B，B与A之间的动摩擦因数μB＝0.2，那么当A、B两木块一起沿桌面匀速运动时，对木块A的水平拉力应为多少？此时木块B受到的摩擦力为多大？程序内容提取信息(1)GA=20 N,GB=10 N(2)木块A沿桌面做匀速运动(3)A、B两木块一起沿桌面匀速运动情景转化选择规律(1)滑动摩擦力公式f=μN(2)二力平衡(3)整体受力分析【解析】(1)要使物体在水平面上匀速运动，其所受的水平拉力应等于滑动摩擦力，则滑动摩擦力为f＝μAGA解得水平拉力为F＝f＝8 N；(2)要使AB整体在水平面上匀速运动，作用在A上的水平拉力应等于二者整体所受的滑动摩擦力，f′＝μA(GA＋GB)＝12 N，故有水平拉力：F′＝f′＝12 N；此时由于B受力平衡，A与B无相对运动，故其所受的摩擦力为零。答案：(1)8 N　(2)12 N　0(延伸探究)在【典例2】的情景中(1)木块A受水平拉力10 N时，木块A受到地面的摩擦力是多少？(2)在木块A上加一块重为10 N的木块B后，对木块A的水平拉力为20 N，A和B发生相对运动，则此时A受到的摩擦力为多少？提示：(1)木块A受水平拉力10 N大于8 N，木块A加速运动，但是木块A的重量不变，与地面的动摩擦因数不变，则滑动摩擦力保持不变。(2)对木块A的水平拉力为20 N时，木块A受到地面的摩擦力不变，木块B相对于A向后运动，木块B受到向前的摩擦力，则A受到B向后的滑动摩擦力，则fAB＝μBGB＝0.2×10 N＝2 NA木块受到的滑动摩擦力为fA＝f′＋fAB＝12 N＋2 N＝14 N。1．物体A、B间接触面粗糙，如图所示，物体A在拉力Fa、Fb作用下在光滑水平面上做匀速运动，下列关于A、B物体所受滑动摩擦力的说法正确的是(　　)A．图甲中A、B所受滑动摩擦力的方向都跟物体的运动方向相反B．图甲中A、B所受滑动摩擦力都是阻力C．由图乙可知，受滑动摩擦力的物体不一定是运动的D．图甲、乙中拉力Fa、Fb相等【解析】选C。图甲中物体A所受滑动摩擦力向左，与运动方向相反；物体B所受滑动摩擦力方向向右，作为动力使物体B向右运动，A、B错误；图乙中，B物体虽受滑动摩擦力，但不运动，C正确。根据平衡条件可知，两种情况下拉力都等于摩擦力，由F＝μFN，而FN＝mg，但是两物体A、B质量不一定相等，所以Fa、Fb不一定相等，D错误。2．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，已知木块与地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)木块受到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)若撤去的力不是F1而是F2，求木块受到的摩擦力的大小和方向。【解析】当木块运动时受到的滑动摩擦力为f滑＝μN＝μG＝0.2×40 N＝8 N，故木块受到地面的最大静摩擦力为8 N。(1)施加F1、F2后，F1和F2相当于一个方向向右的F＝F1－F2＝7 N的力，由于F小于最大静摩擦力，故木块处于静止状态，则木块受到地面静摩擦力的作用，大小为7 N，方向水平向左。(2)由于F2小于最大静摩擦力，故木块仍保持静止。由二力平衡知识知，木块受到的静摩擦力大小为6 N，方向水平向右。(3)撤掉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。答案：(1)7 N　水平向左　(2)6 N　水平向右(3)8 N　水平向左【加固训练】1．如图所示，在μ＝0.1的水平面上向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个方向向左的大小为10 N的拉力作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 m/s2)(　　)A．10 N，向右　　 B．10 N，向左C．20 N，向右     D．20 N，向左【解析】选D。在竖直方向，物体对水平面的压力F＝G，FN＝F，故滑动摩擦力大小F′＝μFN＝μG＝0.1×20×10 N＝20 N，物体所受滑动摩擦力方向应与物体相对水平面的运动方向相反，即所受滑动摩擦力方向向左。这个力的大小与所加向左的10 N的拉力无关。2.如图所示，物体A重GA＝40 N，物体B重GB＝20 N，A与B、B与地面之间的动摩擦因数相同。用水平绳将物体A系在竖直墙壁上，水平力F向右拉物体B，当F＝30 N 时，才能将B匀速拉出。则接触面间的动摩擦因数μ多大？【解析】设接触面间的动摩擦因数为μ，物体A与B间的滑动摩擦力为f1＝μGA，物体B与地面间的滑动摩擦力为f2＝μ(GA＋GB)，将B匀速拉出，拉力大小与两个摩擦力的合力大小应相等，有F＝f1＋f2＝μ(2GA＋GB)，解得：μ＝0.30。答案：0.30知识点二　静摩擦力1.产生的条件：(1)两物体直接接触且挤压。(2)接触面是粗糙的。(3)两物体有相对运动的趋势。2．对“相对静止”的认识：(1)互为参考系：有静摩擦力作用的两物体是“相对静止”的，即这两个物体互为参考系时是静止的。(2)其他参考系：以其他物体为参考系时并不一定静止，所以一个物体受到静摩擦力作用时并不一定静止，也有可能是运动的。3．判断静摩擦力有无的方法：(1)假设法。(2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判定。4．静摩擦力的大小：(1)静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力的大小。两物体间的静摩擦力f在0和最大静摩擦力fmax之间，即0<f≤fmax。(2)fmax为最大静摩擦力，大小等于物体刚要发生相对运动时所需要的沿相对运动趋势方向的最小外力。其值略大于滑动摩擦力，有时认为二者相等。(3)静摩擦力的大小与正压力无关，但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。情境：甲图自动卸货车开始卸货，货物没有下滑。乙图旅客随倾斜电梯向上运动。讨论：(1)图甲中自动卸货车车厢起动、升起到货物开始下滑的过程中，货物所受静摩擦力的方向是怎样的？提示：静摩擦力的方向沿斜面向上。(2)请从静摩擦力与物体运动关系的角度解释图乙中旅客所受静摩擦力的作用效果是怎样的？提示：静摩擦力的作用效果是使旅客向上运动，静摩擦力的方向与运动方向相同。 【典例】如图所示，在甲图中，小孩用80 N的水平力推木箱，木箱不动；在乙图中，小孩用至少100 N的水平力推木箱，木箱才能被推动；在丙图中，小孩用大小为90 N的水平力推动木箱匀速运动。则(　　)A．甲图木箱没有受到摩擦力B．乙图木箱没有受到摩擦力C．丙图木箱受到摩擦力D．丙图木箱受到的滑动摩擦力为100 N【解析】选C。甲图中，小孩用80 N的水平力推木箱，木箱不动，说明推力与静摩擦力平衡，且静摩擦力大小为80 N，故A错误；乙图中，小孩用至少100 N的水平力推木箱，木箱才能被推动，即最大静摩擦力为100 N，故B错误；丙图中小孩用大小为90 N的水平力推动木箱匀速运动，说明木箱受到推力和滑动摩擦力的作用处于平衡状态，滑动摩擦力是90 N，故C正确，D错误。分析静摩擦力的三点提醒(1)静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势方向相反，与物体的运动方向可能相同。(2)运动或静止的物体都有可能受到静摩擦力作用。(3)静摩擦力的大小与物体所受的外力或运动状态有关，与压力大小无关。1．(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向且静止不动，如图所示)，下列说法中正确的是(　　)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．不管手握得多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的D．摩擦力等于油瓶与油的总重力【解析】选A、C、D。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重力平衡——静摩擦力的大小由瓶的重力(大小)决定。油瓶越重，它受到的静摩擦力必须随之增大，手握得紧一点，相应的最大静摩擦力值也就大一点，就能保障油瓶不会掉下来；如果手握得不够紧，正压力不够大，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、D正确；手握得越紧，手与瓶间的压力越大，最大静摩擦力也越大，但只要最大静摩擦力大于油瓶的总重力，油瓶受到的静摩擦力(此情况下应小于最大静摩擦力)就与油瓶的总重力平衡，是一个定值——等于油瓶的重力，可见选项B错误，C正确。2.如图所示，质量为m的木块放置在质量为2m的长木板上，在水平向右的拉力F的作用下，木块和木板一起以相等的速度做匀速直线运动，木块与木板之间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则(　　)A．μ1＝2μ2　  B．μ1<2μ2　  C．μ1≤3μ2　  D．μ1≥3μ2【解析】选D。以木板为研究对象，木板水平方向受到两个力：m给的向右的静摩擦力，大小为f1，和地面给的向左的滑动摩擦力f2＝μ2·3mg，对木板根据平衡条件有：f1＝f2＝3μ2mg，由题可知：最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则f1≤μ1mg，即：3μ2mg≤μ1mg，因此μ1≥3μ2，故A、B、C错误，D正确。【拓展例题】考查内容：静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力【典例】把一个重为G的物体，用一个水平方向的力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直墙壁上，如图所示，从t＝0开始物体所受的摩擦力f随时间t的变化关系是图中的(　　)【解析】选B。由于物体受到的水平推力为F＝kt，则墙与物体之间的压力N＝kt，开始的一段时间内F比较小，物体受到的摩擦力f小于物体的重力G，物体沿墙壁下滑，物体所受摩擦力为滑动摩擦力，由f＝μN＝μkt，可知f与t成正比。当滑动摩擦力f大小等于重力G时，物体不能立即停止运动，物体受到的摩擦力仍然是滑动摩擦力，并随着F的增大，摩擦力继续增大，摩擦力将大于重力，物体做减速运动直至静止。物体静止之后，所受摩擦力为静摩擦力，其大小与F无关，总跟使物体向下运动的重力平衡。故B正确。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【解析】选D。只有滑动摩擦力大小总跟接触面上的压力大小成正比，选项A错误；摩擦力的方向一定与物体的相对运动方向相反，选项B错误；滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小无关，选项C错误；根据摩擦力产生的条件可知，两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直，选项D正确。故选D。2.如图所示，在探究摩擦力的实验中，弹簧测力计与水平桌面平行，拉力从零逐渐增大，拉力为8 N时，木块不动；拉力为12 N时，木块恰好被拉动；木块匀速运动时拉力为10 N。木块与桌面间的滑动摩擦力f和最大静摩擦力fm分别是(　　)A．f＝12 N，fm＝8 N　　　　 B．f＝10 N，fm＝12 NC．f＝10 N，fm＝10 N      D．f＝10 N，fm＝8 N【解析】选B。 拉力为12 N时，木块恰好被拉动，说明最大静摩擦力为12 N；木块匀速运动时拉力为10 N，说明滑动摩擦力为10 N；故A、C、D错误，B正确。故选B。3．如图所示，把两本书一页一页地交叉对插，然后各抓住一本书的书脊用力对拉，平时随手很容易移动的两本书竟会变得像强力胶粘在一起似的，难舍难分，关于其中的原因下列说法正确的是(　　)A．增大了摩擦的接触面积B．增大了摩擦因数C．增加了摩擦力的个数D．以上说法都不对【解析】选C。摩擦力的大小只和压力及动摩擦因数有关，和接触面积没有关系，把两本书一页一页地交叉对插后，每页间的动摩擦因数没有改变，但每页间都有压力作用，拉开两本书的力等于一本书的每页受到的摩擦力之和，相当于增加了摩擦力的个数，则C项正确，A、B、D错误。4．如图所示，手沿水平方向将书压在竖直墙壁上，使其保持静止。现逐渐减小手对书的压力，书仍然保持静止，则书(　　)A．受到的摩擦力变小B．受到的摩擦力变大C．受到的摩擦力不变D．受到的摩擦力先减小后不变【解析】选C。书一直保持静止状态，竖直方向上二力平衡，竖直向下的重力mg与竖直向上的静摩擦力二力平衡，重力不变，因此静摩擦力一直保持不变，选项C正确，其他选项均错。