2024高考物理大一轮复习题库 第2讲 摩擦力

这是一份2024高考物理大一轮复习题库 第2讲 摩擦力，共17页。试卷主要包含了静摩擦力与滑动摩擦力，“三点”注意等内容，欢迎下载使用。
第2讲　摩擦力一、静摩擦力与滑动摩擦力1．两种摩擦力的比较　　名称项目　　静摩擦力滑动摩擦力定义两相对静止的物体间的摩擦力两相对运动的物体间的摩擦力产生条件①接触面粗糙②接触处有压力③两物体间有相对运动趋势①接触面粗糙②接触处有压力③两物体间有相对运动大小0＜Ff≤FfmFf＝μFN方向与受力物体相对运动趋势的方向相反与受力物体相对运动的方向相反作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动2.动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值。公式μ＝。(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度。二、“三点”注意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，但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(或相对运动趋势)，但不一定阻碍物体的运动，即摩擦力可以是阻力，也可以是动力。3．受静摩擦力作用的物体不一定静止，但一定与施力物体保持相对静止。【自测 (多选)下列关于摩擦力的说法中正确的是(　　)A．两物体间有摩擦力时，一定有弹力，且摩擦力的方向和它们间的弹力方向垂直B．两物体间的摩擦力大小和它们间的压力一定成正比C．在两个运动的物体之间可以存在静摩擦力，且静摩擦力的方向可以与运动方向垂直D．滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同，也可以相反答案　ACD解析　摩擦力方向沿接触面，弹力方向垂直于接触面，且有摩擦力时一定有弹力，A正确；静摩擦力的大小与压力无关，B错误；运动的物体间可能有静摩擦力，且静摩擦力的方向可以与运动方向垂直，例如，静摩擦力提供向心力，C正确；滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同，也可以相反，D正确。命题点一　静摩擦力的分析1．静摩擦力的有无及方向判断方法(1)假设法(2)运动状态法先确定物体的运动状态，再利用平衡条件或牛顿第二定律确定静摩擦力的有无及方向。(3)牛顿第三定律法“力是物体间的相互作用”，先确定受力较少的物体是否受到静摩擦力并判断方向，再根据牛顿第三定律确定另一物体是否受到静摩擦力及方向。2．静摩擦力的大小分析(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。(2)物体有加速度时，若只受静摩擦力，则Ff＝ma。若除受静摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，先求合力再求静摩擦力。【例1 (多选)如图1所示，长木板A与物体B叠放在水平地面上，物体与木板左端立柱间放置水平轻质弹簧，在水平外力F作用下，木板和物体都静止不动，弹簧处于压缩状态。将外力F缓慢减小到零，物体始终不动，在此过程中(　　)图1A．弹簧弹力不变B．物体B所受摩擦力逐渐减小C．物体B所受摩擦力始终向左D．木板A所受地面的摩擦力逐渐减小答案　AD解析　将外力F缓慢减小到零，物体始终不动，弹簧的长度不变，则弹力不变，选项A正确；对物体B，因开始时所受摩擦力的方向不确定，则有F弹＝F±Ff，则随F的减小，物体B所受摩擦力的大小和方向都不能确定，选项B、C错误；对A、B与弹簧组成的整体，在水平方向，力F与地面对A的摩擦力平衡，则随F的减小，木板A所受地面的摩擦力逐渐减小，选项D正确。【针对训练1】 水平地面上放着一辆手推小车，小车的水平板上放置一只金属桶，金属桶始终与小车保持相对静止，则(　　)图2A．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，金属桶受到方向水平向左的摩擦力C．当小车水平向右减速运动时，金属桶对小车的摩擦力方向水平向右D．当小车水平向左减速运动时，金属桶受到的摩擦力方向水平向左答案　C解析　当小车水平向左启动时，加速度a的方向向左，金属桶受到方向向左的静摩擦力，A错误；当小车水平向右启动时，加速度a的方向水平向右，金属桶受到方向水平向右的静摩擦力，B错误；当小车水平向右减速运动时，加速度a的方向水平向左，金属桶受到方向向左的静摩擦力，再由牛顿第三定律，金属桶对小车的摩擦力方向水平向右，C正确；同理，当小车水平向左减速运动时，金属桶受到的静摩擦力方向水平向右，D错误。【针对训练2】 (多选)如图3所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数也相同。三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示，则下列说法正确的是(　　)图3A．A物体受到的摩擦力方向向右B．三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零C．B、C受到的摩擦力方向相同D．B、C受到的摩擦力方向相反答案　BC解析　A物体与传送带一起匀速运动，它们之间无相对运动或相对运动趋势，即无摩擦力作用，A错误；B、C两物体虽运动方向不同，但都处于平衡状态，由沿传递带方向所受合力为零可知，B、C两物体均受沿传送带方向向上的摩擦力作用，B、C正确，D错误。命题点二　滑动摩擦力的分析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)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关。【真题示例2 (2020·北京卷，11)某同学利用图4甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的F－t图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)图4A．实验中必须让木板保持匀速运动B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数答案　C解析　为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，由图乙可知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，故A、B错误；由图可知，最大静摩擦力约为10 N，滑动摩擦力约为7 N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，故C正确；根据Ff＝μFN，FN＝mg可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。【针对训练3】 为了研究手机保护套与书桌之间的动摩擦因数，小明找来了拉力传感器，先测得该带保护套的手机的质量为0.25 kg，再按如图5甲所示将手机放置在桌面上，用拉力传感器缓慢拉手机，直至手机在桌面上缓慢向右运动一段距离，截取计算机屏幕上的一段F－t图线，如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，则以下说法正确的是(　　)图5A．桌面所受的滑动摩擦力约为2.60 N，方向向右B．手机保护套与桌面间的动摩擦因数随着拉力F的增大而增大    C．若在手机上增加压力，手机保护套与桌面间的动摩擦因数增大D．手机保护套与桌面间的动摩擦因数为μ＝1.12答案　A解析　由F－t图线可得，在0～t1时间内，拉力F逐渐增大，在t1时刻，拉力达到最大，手机刚开始向右运动，即t1时刻拉力的大小等于最大静摩擦力Ffmax，约为2.80 N，之后手机缓慢运动时拉力等于滑动摩擦力Ff，由题图乙可知手机所受的滑动摩擦力约为2.60 N，方向向左，由牛顿第三定律可知桌面所受的滑动摩擦力大小约为2.60 N，方向向右，选项A正确；动摩擦因数由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与拉力和压力都无关，且μ＝＝1.04，选项B、C、D错误。命题点三　摩擦力的“三类典型”突变问题　“静—动”突变物体在静摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持相对静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力，突变点常常为静摩擦力达到最大值时。【例3 (多选)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化的规律的实验中，设计了如图6甲所示的演示装置，力传感器A与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳与一滑块相连(调节力传感器高度使细绳水平)，滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空砂桶(调节滑轮可使桌面上部细绳水平)，整个装置处于静止状态。实验开始时打开传感器同时缓慢向砂桶里倒入砂子，小车一旦运动起来，立即停止倒砂子。若力传感器采集的图像如图乙所示，则结合该图像，下列说法正确的是(　　)图6A．可求出空砂桶的重力B．可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小C．可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小D．可判断第50 s后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上)答案　ABC解析　t＝0时刻，力传感器显示拉力为2 N，则滑块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为2 N，由力的相互性可知车受到滑块的摩擦力为2 N，由车与空砂桶受力平衡可知空砂桶的重力也等于2 N，A项正确；t＝50 s时摩擦力达到最大值，即滑块与小车间的最大静摩擦力为3.5 N，同时小车开始运动，说明带有砂的砂桶重力等于3.5 N，此时摩擦力立即变为滑动摩擦力，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故摩擦力突变为3 N的滑动摩擦力，B、C项正确；此后由于砂和砂桶重力3.5 N大于滑动摩擦力3 N，故第50 s后小车将加速运动，D项错误。　“动—静”突变在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力。【例4 把一重为G的物体用一个水平的推力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7所示。从t＝0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是(　　)图7 答案　B解析　根据滑动摩擦力Ff＝μFN＝μF，随着压力F均匀增大，摩擦力Ff均匀增大，当摩擦力增大到大于重力以后，物体做减速运动直到静止，摩擦力变为静摩擦力，以后始终等于受到物体的重力，故选项B正确。　“动—动”突变在滑动摩擦力作用下运动至达到共同速度后，如果在静摩擦力作用下不能保持相对静止，则物体将受滑动摩擦力作用，且其方向变为反向。【例5 (多选)如图8所示，足够长的传送带与水平面夹角为θ，以速度v0逆时针匀速转动。在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数μ＜tan θ，则下列选项中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是(　　)图8答案　BD解析　当小木块速度小于传送带速度时，小木块相对于传送带向上滑动，小木块受到的滑动摩擦力沿传送带向下，加速度a＝gsin θ＋μgcos θ；当小木块速度达到传送带速度时，由于μ<tan θ，即μmgcos θ＜mgsin θ，所以速度继续增加，此时滑动摩擦力的大小不变，而方向突变为沿传送带向上，a＝gsin θ－μgcos θ，加速度变小，则v－t图像的斜率变小，B、D正确。对点练 静摩擦力的分析1．(2020·1月浙江学考)某运动员以如图1所示的姿势蹲在水平地面上，则该运动员(　　)图1A．受到水平向前的摩擦力B．受到水平向后的摩擦力C．受到竖直向上的支持力D．所受支持力由脚底形变产生答案　C解析　运动员以如图所示的姿势蹲在水平地面上，运动员在水平方向无运动的趋势，则地面对人无摩擦力，选项A、B错误；运动员竖直方向受力平衡，受到地面竖直向上的支持力和向下的重力，选项C正确；人所受支持力由地面的形变产生，选项D错误。2．智能化电动扶梯如图2所示，乘客站上扶梯，先缓慢加速，然后再匀速上升，则(　　)图2A．乘客始终处于超重状态B．加速阶段乘客受到的摩擦力方向与v相同C．电梯对乘客的作用力始终竖直向上D．电梯匀速上升时，电梯对乘客的作用力竖直向上答案　D解析　加速运动阶段，顾客的加速度沿电梯斜向上，有竖直向上的分加速度，根据牛顿第二定律，电梯对他的支持力大于其重力，处于超重状态，匀速运动阶段，加速度为0，所以既不超重也不失重，选项A错误；加速阶段乘客加速度斜向上，加速度有水平向右的分量，则受到的摩擦力方向水平向右，选项B错误；加速阶段，乘客受到竖直向上的支持力和水平向右的摩擦力，则电梯对乘客的作用力斜向右上方；电梯匀速上升时，电梯对乘客只有向上的支持力，即电梯对乘客的作用力竖直向上，选项C错误，D正确。3．如图3所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则(　　)图3A．小球受到的摩擦力方向竖直向下B．小球受到的摩擦力与重力大小相等C．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大D．若铁夹水平移动，小球受到的摩擦力变大答案　B解析　对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，故A项错误，B项正确；增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不变，故C项错误；若水平移动铁夹，由于小球在竖直方向受力始终平衡，则摩擦力大小不变，故D项错误。4．如图4所示，甲、乙两物体用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，其中甲物体静止在粗糙的水平面上，乙物体悬空静止，轻绳OM、ON与水平方向间的夹角分别为53°、37°。已知乙物体的质量为10 kg，重力加速度g取10 m/s2，sin 53°＝0.8。则甲物体受到水平面的摩擦力的大小和方向为(　　)图4A．20 N、沿水平面向左B．20 N、沿水平面向右C．28 N、沿水平面向左D．28 N、沿水平面向右答案　B解析　对乙物体进行受力分析，如图所示，由平衡条件解得左侧轻绳中的拉力为FM＝mgsin 53°＝80 N，右侧轻绳中的拉力为FN＝mgsin 37°＝60 N，所以甲物体受到水平面的摩擦力的大小为20 N，方向沿水平面向右，B正确。对点练 滑动摩擦力的分析5．如图5所示，倾角为θ的斜面体M置于粗糙的水平地面，物体m静止在斜面上。对m施加沿斜面向下的力F使其匀速下滑，增大F使m加速下滑。m沿斜面匀速下滑和加速下滑时，斜面M始终保持静止。比较m匀速下滑和加速下滑两个过程，下列说法正确的是(　　)图5A．m在加速下滑时，m与M之间的摩擦力较大B．m在匀速和加速下滑时，地面与M之间的摩擦力不变C．m在匀速下滑时，m对M的压力较小D．m在加速下滑时，地面对M的支持力较大答案　B解析　对m施加沿斜面向下的力F使其匀速下滑，对物体m受力分析可知Ff＝μmgcos θ，FN＝mgcos θ；增大沿斜面向下的拉力F使m加速下滑，物体m所受的滑动摩擦力和斜面支持力大小不变，由牛顿第三定律可知，物体对斜面的摩擦力Ff′和压力FN′大小方向均不变，对斜面体而言，所有受力均不变，即地面与M之间的摩擦力不变，地面对M的支持力不变，故选项B正确，A、C、D错误。6．如图6所示，某中学新校区装修时，工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨，当对磨石施加方向竖直向上、大小为F的推力时，磨石恰好沿斜壁向上匀速运动，已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ，则磨石受到的摩擦力大小为(　　)图6A．μ(F － mg)cos θ   B．(F － mg)sin θC．(F－ mg)cos θ   D．μ(F－ mg)答案　C解析　磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态，由图可知，F一定大于重力；先将重力及向上的推力合成后，将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得：在沿斜面方向有：Ff＝(F－mg)cos θ；在垂直斜面方向上有：FN＝(F－mg)sin θ，根据Ff＝μFN得Ff＝μ(F－mg)sin θ，选项C正确。对点练 摩擦力的突变7．如图7所示，质量为10 kg的物体A拴在一个被水平拉伸的弹簧一端，弹簧的拉力为5 N时，物体A处于静止状态。若小车以1 m/s2的加速度向右运动，则(g＝10 m/s2)(　　)图7A．物体A相对小车向右运动B．物体A受到的摩擦力减小C．物体A受到的摩擦力大小不变D．物体A受到的弹簧的拉力增大答案　C解析　由题意得，物体A与小车的上表面间的最大静摩擦力Ffm≥5 N，小车加速运动时，假设物体A与小车仍然相对静止，则物体A所受合力F合＝ma＝10 N，可知此时小车对物体A的摩擦力为5 N，方向向右，且为静摩擦力，所以假设成立，物体A受到的摩擦力大小不变，故选项A、B错误，C正确；物体A受到的弹簧的拉力大小不变，故D错误。8．(2021·广东名校联盟开学考)在研究摩擦力的实验中，每次用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的木块，木块运动状态及弹簧测力计的读数如下表所示(每次木块与桌面的接触面相同)，则由表可知(　　)图8实验次数木块运动状态弹簧测力计读数(N)1静止0.42静止0.63加速0.74匀速0.55减速0.3 A.木块受到的最大摩擦力为0.7 NB．木块受到的最大静摩擦力一定为0.6 NC．在这五次实验中，木块受到的摩擦力大小有三次是相同的D．在这五次实验中，木块受到的摩擦力大小有二次是相同的答案　C解析　由图可知，当弹簧弹力为0.6 N时，物体处于静止状态，当弹簧弹力为0.7 N时，物体开始加速运动，由此可知，最大静摩擦力不可能为0.7 N，可能为0.6 N，或者大于0.6 N，小于0.7 N，故A、B错误；当木块开始运动时，所受摩擦力为滑动摩擦力，大小保持不变，因此在这五次实验中，木块加速、匀速、减速运动时受到的摩擦力大小是相同的，故C正确，D错误。9．如图9所示，绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行。初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时，小物块在传送带上运动的v－t图像(以地面为参考系)如图乙所示。已知v2＞v1，则 (　　)图9A．t2时刻，小物块离A处的距离达到最大B．t2时刻，小物块相对传送带滑动的距离达到最大C．0～t2时间内，小物块受到的摩擦力方向先向右后向左D．0～t3时间内，小物块始终受到大小不变的摩擦力作用答案　B解析　t1时刻小物块向左运动到速度为零，离A处的距离达到最大，A错误；t1～t2时间段，小物块对地向右加速，相对传送带仍向左运动，之后相对静止，t2时刻，小物块相对传送带滑动的距离达到最大，B正确；0～t2时间内，小物块受到的摩擦力方向始终向右，C错误；t2～t3时间内小物块随传送带一起向右匀速运动，不受摩擦力作用，D错误。10．(多选)如图10所示，自动卸货车始终静止在水平地面上。车厢在液压机的作用下改变与水平面间的倾角，用以卸下车厢中的货物。当倾角增大到θ时，质量为mA的木箱A与装在箱内的质量为mB的物体B一起以共同的速度v沿车厢底匀速滑下，则下列说法正确的是(　　)图10A．A受到的静摩擦力方向沿斜面向上B．A受到的摩擦力为mAgsin θ，方向沿底面向上C．A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为mAgsin θD．A与车厢底面间的动摩擦因数μ＝tan θ答案　BD解析　A受到车厢底面的摩擦力是滑动摩擦力，受到B的摩擦力是静摩擦力，方向沿斜面向下，故A错误；对A受力分析，受重力、支持力、车厢底面对A的摩擦力、B对A的压力和B对A的摩擦力，根据A匀速运动，受力平衡，A受到的摩擦力大小为mAgsin θ，方向沿底面向上，故B正确；将A、B作为整体，匀速运动，受力平衡，所以A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为(mA＋mB)gsin θ，故C错误；对于A、B整体，根据受力平衡，有(mA＋mB)gsin θ＝μ(mA＋mB)gcos θ，所以μ＝tan θ，故D正确。11．长木板上表面的一端放有一个木块，木块与木板接触面上装有摩擦力传感器，如图11甲所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角θ变大)，另一端不动，摩擦力传感器记录了木块受到的摩擦力Ff随角度θ的变化图像如图乙所示。重力加速度为g，下列判断正确的是    (　　)图11A．木块与木板间的动摩擦因数μ＝tan θ1B．木块与木板间的动摩擦因数μ＝C．木板与地面的夹角为θ2时，木块做自由落体运动D．木板由θ1转到θ2的过程中，木块的速度变化越来越快答案　D解析　由题图可知，当木板与地面的夹角为θ1时木块刚刚开始滑动，木块重力沿木板向下的分力等于Ff2，刚滑动时有Ff1＝μmgcos θ1，则μ＝，故选项A、B错误；当木板与地面的夹角为θ2时，木块受到的摩擦力为零，则木块只受重力作用，但此时速度不是零，木块不做自由落体运动，做初速度不为零、加速度为g的匀加速运动，故选项C错误；对木块，根据牛顿第二定律有mgsin θ－μmgcos θ＝ma，则a＝gsin θ－μgcos θ，则木板由θ1转到θ2的过程中，随着θ的增大，木块的加速度a增大，即速度变化越来越快，故选项D正确。