


人教版(2024)八年级下册第八章 运动和力8.3 摩擦力同步练习题
展开1.理解摩擦力的概念;
2.熟悉影响滑动摩擦力大小的因素;
3.会进行影响滑动摩擦力大小因素的实验探究;
4.了解生活中应用与防止摩擦力的现象。
【知识导图】
【基础知识】
知识点一、摩擦力
1.认识:阻碍物体相对运动的力
相互接触的物体的两个面,有时用肉眼看起来很光滑,但是放到显微镜下观察,就会发现实际上像如图所示的那样是凹凸不平的。在压力的作用下,这些凹凸不平的部位会相互啮合,当两者发生相对滑动时,啮合部分就会彼此阻碍,产生阻碍作用。两个相互接触的物体,当它们做相对运动(或有相对运动趋势)时,在接触面产生一种阻碍相对运动(或相对运动趋势)的力,这种力叫做摩擦力。
2.摩擦力产生的条件
(1)接触面粗糙;
(2)两物体相互接触并相互挤压(产生压力);
(3)两物体间发生相对运动或有相对运动趋势。
这三个条件缺一不可。
3.摩擦力的作用效果
摩擦力的作用总是阻碍物体相对运动(或相对运动趋势)。“相对运动”(“或相对运动趋势”)是以相互接触的物体作为参照物的。
4.摩擦力的作用点
实际上,摩擦力是作用在这个物体接触面上的,但为了研究方便可以把摩擦力的作用等效到一个点上,可以把这个点等效在接触面上,也可以取在物体的重心上。
5.摩擦力的方向
总是与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。
【归纳总结】
判断摩擦力方向的三种方法
【典例1】(多选)冰壶运动员的鞋底一只是塑料的,另一只是橡胶的。他滑行时,橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大。如图所示,他用b脚蹬冰面后,只用a脚向右滑行,可以确定的是( )。
A.滑行时冰对a鞋的摩擦力向右;
B.蹬冰时冰对b鞋的摩擦力向右;
C.a鞋底是橡胶会滑得更近;
D.a鞋底是塑料会滑得更远
知识点二、影响滑动摩擦力大小的因素
1.实验探究:影响滑动摩擦力大小的因素
2.注意事项
(1)实验时所用的木板要足够长,以保证木块在木板上滑动时由匀速直线运动的过程;
(2)实验时应保持拉动弹簧测力计的方向与长木板平行;
(3)实验中要做到匀速拉动木块不好实现,建议采用如下操作:将弹簧测力计的挂钩与木板相连,拉环处固定,拉动长木板进行实验(如图所示),这样不但方便读数,而且长木板也不需要做匀速直线运动。
【典例2】如图是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验,铜块和木块的大小和形状完全相同、下表面粗糙程度不同,实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速直线运动。
(1)如图甲,弹簧测力计的示数是__________N.若物体不是做匀速运动,而是做加速直线运动,此时弹簧测力计示数将__________摩擦力。(选填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)如图乙和图丙中铜块和木块叠在一起的目的是保持________不变,探究影响滑动摩擦力大小与_________的关系。
(3)实际操作时,手拉着弹簧测力计做匀速直线运动是比较难做到的,因而弹簧测力计的示数不一定等于摩擦力的大小,为确保弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小,请提出一个改进的方法(在图1中画图表示)。
(4)冰壶运动员的鞋底一只是塑料的,另一只是橡胶的,滑行时橡胶底的鞋受到的摩擦力比塑料底的鞋受到的大。如图2,他用b脚蹬冰面后只用a脚向右滑行,则鞋蹬冰面时冰对b脚穿的鞋的摩擦力方向__________(选填“向左”或“向右);a脚穿的鞋的鞋底是__________(选填“塑料的”或“橡胶的”)。
知识点三、摩擦的利用与防止
1.有益摩擦和有害摩擦
(1)摩擦有时是有益的。如用手拿物体时,手与物体间的摩擦;人行走时,鞋底与地面间的摩擦;刹车时,刹车装置的摩擦以及车轮与地面间的摩擦等。
(2)摩擦有时是有害的。如机器运转时各部件之间的摩擦会使机器磨损,进而使机器丧失原有的精度和功能等。
2.增大或减小摩擦的方法
【典例3】图的四幅图中,通过增大压力的方法增大摩擦力的是( )。
A.用力握紧球拍 B.滚动轴承
C.车轴加润滑油 D.鞋底有花纹
【方法帮】
题型一:摩擦力的产生
产生摩擦力必须同时满足三个条件:(1)接触面粗糙;(2)接触并相互挤压;(3)发生相对运动或有相对运动趋势。
【典例4】关于摩擦力的说法中不正确的是( )。
A.相互接触的物体间不一定有摩擦力;
B.两物体保持相对静止时也有可能有摩擦;
C.摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同;
D.两个表面光滑的物体间也可能有摩擦
题型二:摩擦力的大小和方向
【角度1】滑动摩擦力的大小和方向
根据二力平衡判断摩擦力的大小和方向:
(1)确定研究对象的运动状态为平衡状态;
(2)分析摩擦力以外的力的大小和方向;
(3)根据平衡力的条件(大小相等、方向相反)来判断摩擦力的大小和方向。
【典例5】如图甲所示,完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在水平推力F1=18N的作用下一起做匀速直线运动,此时木块B所受的摩擦力为________N,木块A所受的摩擦力为________N;若将A、B紧靠着平放在水平桌面上,如图乙所示,用水平力F2推A使它们一起匀速运动,则推力F2是________N。
【角度2】静摩擦力的大小和方向
静摩擦力总是与引起相对运动趋势的外力大小相等、方向相反,故静摩擦力会随着外力的变化而变化,不是定值。
★易错警示
“推了但没有推动”的两种误区:
(1)“没推动”就是推力太小,小于物体所受静摩擦力;
(2)“没推动”就是不受摩擦力。
正确理解:(1)“没推动”=“物体静止”=“物体受力平衡”,即推力大小等于摩擦力;
(2)“没推动”,物体只是没有相对运动,但存在相对运动趋势,此时有静摩擦力。
【典例6】用大小为10N的水平推力推水平地面上的某物体,没有推动,则物体所受摩擦力f_____10N(选填“<”或“=”);当水平推力增大至15N时,物体沿水平地面匀速前进,此时物体所受摩擦力f1_____15N(选填“<“或“=”);当水平推力增大至16N时,物体所受摩擦力大小为________N。
【角度3】结合运动图像分析摩擦力的大小
(1)分析运动物体所受滑动摩擦力时,若物体做匀速直线运动,则可根据二力平衡知识直接解答;
(2)若物体做加速运动或减速运动,此时物体不处于平衡状态,则分析物体与接触面之间的压力及接触面的粗糙程度是否发生变化(一般均不变),若不变,则滑动摩擦力的大小不变。
【典例7】如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到水平向右的拉力F 的作用,F 的大小与时间t 的关系如图乙所示,物体运动速度 v 与时间t 的关系如图丙所示,由图象可知,当 t=1.5s 时,物体受到摩擦力为______N;当t=4.8s 时,物体受到的合力为________N。
题型三:探究滑动摩擦力大小的影响因素
【典例8】如图所示,小明用弹簧测力计、木块、砝码、长木板和毛巾探究影响滑动摩擦力大小因素的实验。
(1)实验过程中,应拉着木块在木板上做_______运动,弹簧测力计的示数如图所示,则木块受到的滑动摩擦力大小为______N;
(2)对比甲、乙两次实验,是为了探究滑动摩擦力的大小与_______的关系。图甲中,若拉着木块以较大的速度匀速运动,木块所受摩擦力的大小_______(填变大、变小或不变);
(3)小明想进一步探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系,进行了图丙的实验,当测力计示数达到最大值时仍没拉动木块,为了使用现有实验器材顺利完成此实验探究,小明可采取的办法是:_______。
题型四:摩擦力的利用与防止
1.减小摩擦的方法:(1)减小压力;(2)减小粗糙程度;(3)变滑动为滚动;(4)使接触面分离。
2.增大摩擦的方法:(1)增大压力;(2)增大粗糙程度;(3)变滚动为滑动。
【典例9】下列实例中,属于减小摩擦的是( )。
A.汽车轮胎上刻有花纹;
B.轴承中装有滚珠;
C.运动鞋底有凹凸不平的花纹;
D.打球时用力握紧球拍
题型五:摩擦力示意图
摩擦力的作用点
摩擦力的作用点一般选在接触面上,也可将作用点画在物体的重心(一般是物体的几何中心)上。
【典例10】如图所示,用F=30N的力按住一重为5N的木块,木块静止在墙壁上,请画出木块所受摩擦力的示意图。
【中考帮】
考点一:探究滑动摩擦力大小的影响因素
【典例11】(2022·四川遂宁)某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向匀速拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小___________(选填“等于”、“大于”或“小于”)滑动摩擦力的大小;
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:其他条件相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比___________两次实验可知:其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变木块的速度,进行实验,记录的实验数据如下表:
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度___________(选填“有关”或“无关”);
(5)小组交流讨论时发现:在实验中很难使木块做匀速直线运动,于是小伟设计了如图丁所示实验装置,该装置的优点是___________(选填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动。
中考考题要求同学们掌握基本实验器材的使用规则,能正确使用实验器材获得数据,并能准确表述和评估探究过程与结果,这是物理核心素养的科学探究的体现。
考点二:摩擦力的利用与防止
【典例12】(2022·四川乐山)以下说法中正确的是( )。
A. 乐山名食麻辣烫的竹签一端削尖是为了增大压强;
B. 同学们的书包带都比较宽其目的是为了减小压力;
C. 鞋底印有花纹是为了减小摩擦;
D. 冰壶运动中“擦冰”是为了增大摩擦
中考考题要求同学们能结合影响摩擦力大小的因素正确描述和解释生活中的摩擦现象,并能交流和评估实验探究的过程,这是物理核心素养的物理观念的体现。
【作业帮】
一、基础练(知识巩固)
1.你在上体育课时,遇到了一些场景,并联想到学过的物理知识。下列联想错误的是( )。
A.“单杠表演”时运动员手上搓镁粉是为了增大摩擦;
B.“跳远”时运动员起跳离开地面利用了力的作用是相互的;
C.“踢足球”时利用了力可以改变物体的运动状态;
D.滑冰时,冰刀与冰面间的摩擦是通过减小接触面大小来减小滑动摩擦
2.在图所示的四个实例中,为了增大摩擦力的是( )。
A.汽车轮胎表面刻有花纹;
B.车轴承内部装有滚珠;
C.气垫船与水之间形成空气层;
D.磁悬浮列车行驶时不接触轨道
3.2020年7月2日是全国低碳日,骑车出行是“低碳生活”倡导方式之一。自行车上各部件,属于减小有害摩擦的是( )。
A.滚圆坚硬的钢珠B.花纹规则的轮胎
C.粗糙柔软的把手D.凸凹不平的脚踏
4.关于重力、弹力、摩擦力,下列说法正确的是( )。
A.形状规则的物体,重心一定在几何中心;
B.摩擦力的方向一定与物体运动方向相反;
C.人对地面的压力,是因为地面发生弹性形变产生的;
D.物体间如果有摩擦力,就一定存在相互作用的压力
5.如图,在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块,甲木块用一根细绳拴在左边固定的竖直墙上,现在用F=20N的力把木块乙从右端匀速地抽出来,则甲、乙两木块所受的摩擦力是( )。
A.甲和乙都受向左20N的摩擦力;
B.甲和乙都受向右20N 的摩擦力;
C.甲受向右20N的摩擦力,乙受向左20N的摩擦力;
D.甲没有受到摩擦力,乙受向右的20N的摩擦力
6.在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小明找来了量程合适的弹簧测力计一个、长木板两块(一块光滑,另一块粗糙),长方体木块一块(带有挂钩),钩码一盒,实验过程如图所示,下列说法错误的是( )。
A.测量摩擦力时,要使弹簧测力计拉着木块沿水平长木板做匀速直线运动;
B.通过图甲、乙所示的实验可以得出结论:在保持压力一定时,粗糙程度越大,滑动摩擦力越大;
C.此实验中应用了一种重要的探究物理问题的方法一控制变量法;
D.图甲中用不同速度拉着木块做匀速直线运动,摩擦力大小也不同
7.挤压矿泉水瓶,用力越大,瓶子形变程度越大,说明力的作用效果跟______有关,瓶子盖上有很多花纹是为了______(选填“增大”或“减小”)摩擦
8.如图甲所示,用10N的力握住玻璃瓶悬空静止不动,。
(1)在图乙代表玻璃瓶的黑点A上,画出其静止时竖直方向受到的力的示意图。
(2)若将手的握力增加到20N,则手与玻璃瓶之间摩擦力的大小将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)玻璃瓶受到手对它的压力时,玻璃瓶会不会发生微小的形变?答:__________(选填“会”或“不会”)。
二、综合练(能力提升)
9.(2022·四川自贡)如图所示,用5N的水平拉力F拉动木板A在水平地面上向右匀速运动,物体B相对地面静止不动,弹簧测力计示数为2N,下列说法正确的是( )。
A. 必须使木板A作匀速运动才能测出B受到的摩擦力;
B. A对B的摩擦力大小为2N,方向水平向右;
C. B对A的摩擦力大小为3N,方向水平向右;
D. 地面对A的摩擦力大小为3N,方向水平向右
10.(2022·湖南长沙)如图所示,为保障市民安全出行,志愿者们正在清理道路冰雪,他们采用增大压力的方法来增大摩擦的是( )。
A. 戴防滑手套B. 在路面上铺防滑垫
C. 穿鞋底粗糙的橡胶鞋D. 铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落
11.(2022·四川南充)粗糙水平面上一木箱重200N,当用50N的水平推力推木箱时,木箱静止不动,此时木箱受到水平方向的摩擦力为___________N;当用100N的水平推力推木箱时,木箱恰能做匀速直线运动;当用150N的水平推力推木箱时,木箱受到水平方向的摩擦力为___________N。
12.(2022·安徽省)小军在整理房间时,用平行于水平地面的力推动玩具箱,如图所示。若地面粗糙程度相同,则箱内玩具越重,箱子运动时受到的滑动摩擦力越______(选填“大”或“小”)。
13.(2022·山东泰安)如图所示,用的水平拉力拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动,当拉力变为时,木块受到的摩擦力为___________。
三、培优练(挑战自我)
14.(2022·四川内江)如图所示的小实验,将书和直尺叠放在水平桌面上,一只手用力压住课本,另一只手抽出直尺。下列说法正确的是( )。
A. 当手压课本的力增大时,抽出直尺的力将变大;
B. 手对书的压力和书对手的支持力是一对平衡力;
C. 书受到的重力和直尺对书的支持力是一对平衡力;
D. 当直尺水平向左抽出时,书受到直尺对它的摩擦力水平向右
15.(2022·四川达州)如图所示,用手握住装有水的杯子静止在空中,杯子___________(选填“具有”或“不具有”)惯性,杯子所受摩擦力的方向为___________,若喝掉杯中一部分水后,仍按如图方式保持静止,则杯子所受摩擦力___________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
16.(2022·江苏扬州)冬奥会冰壶比赛中,如图所示,在AB过程中,投手用水平方向的力推冰壶,使冰壶在粗糙程度相同的冰面上做匀速直线运动,人对冰壶的推力___________冰面对冰壶的摩擦力;撤去推力,在BC过程中所受摩擦力___________;在CD过程中,队友刷冰是通过___________方式增加冰面内能,才使之熔化,从而___________摩擦。
17.(2022·湖南衡阳)在“研究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中,同学们猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有:
①接触面所受的压力:②接触面的粗糙程度。根据猜想,同学们设计了如图所示甲、乙、丙的实验。
(1)实验时,沿水平方向拉动木块使它沿木板做匀速直线运动,弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小,因为这时木块受到的拉力和滑动摩擦力是一对___________力;
(2)由实验甲、乙可知,其他条件相同时,接触面所受的压力越大,滑动摩擦力越___________;
(3)由实验乙、丙可知,其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越___________;
(4)以下事例中,增大摩擦的是___________,减小摩擦的是___________(该两空选填字母)。
A.鞋底有凹凸不平的花纹 B.给自行车轴加润滑油
教材深挖
滑动摩擦力和静摩擦力
当两个相互接触的物体反射相对运动时,在接触面上会产生滑动摩擦力;当两物体没有发生相对运动,但有相对运动趋势时,在接触面上会产生静摩擦力,如用力推箱子但未推动时,虽然箱子处于静止状态,但箱子在推理作用下已有了“要发生”相对运动的趋势,此时地面对箱子的摩擦力就是静摩擦力。
温馨提示
相对运动方向的理解
“相对运动方向”不是“运动方向”。水平地面上的物体前进时,物体相对地面向前运动(相对运动方向向前),物体受到地面对它向后的摩擦力(摩擦力方向向后);人走路时,脚向后蹬地,脚相对于地面有向后运动的趋势,地面给鞋底的摩擦力方向向前,有利于人向前运动。
摩擦力有时阻碍运动,有时有利于运动,无论哪种情况,摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。
由摩擦力概念判断
摩擦力的方向与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反
由假设法判断
此方法通常用来判断相对静止的物体间所受静摩擦力的方向。首先假设接触面光滑、无摩擦,分析两物体的相对运动情况,然后根据摩擦力阻碍物体相对运动确定摩擦力的方向
由二力平衡的条件判断
一对平衡力的方向相反,可以通过与摩擦力相互平衡的另一个力的方向来判断摩擦力的方向
▲拓展培优摩擦力的分类
常见摩擦除了滑动摩擦和静摩擦,还有滚动摩擦。滚动摩擦是物体在接触面上滚动时所受的摩擦。在情况相同时,一般滚动摩擦会远小于滑动摩擦。
种类
定义
示例
滑动摩擦力
一个物体在另一个物体上面滑动时产生的摩擦力
在粗糙地面上滑动的物体受到滑动摩擦力
滚动摩擦力
一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力
沿水平方向运动的小车车轮受到滚动摩擦力
静摩擦力
两个相互接触的物体,当它们要发生而未发生相对运动时,在它们的接触面上产生一种阻碍相对运动趋势的力
两个力共同作用在同一物体上,使物体保持平衡
提出问题
滑动摩擦力大小与哪些因素有关?
猜想与假设
(1)滑动摩擦力的大小可能与接触面所受压力有关;
(2)滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关
实验原理
用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动,此时木块在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力为一对平衡力,这样读出弹簧测力计的示数,就可以知道滑动摩擦力的大小(滑动摩擦力大小不能直接测量,是根据二力平衡知识间接测量出的)
制订计划与设计实验
影响滑动摩擦力大小的因素有多个,因此在探究过程中要应用控制变量法,如探究压力对滑动摩擦力大小的影响时,要保持接触面的粗糙程度不变;在探究接触面粗糙程度对滑动摩擦力大小影响时,应控制压力不变
实验步骤
(1)如图甲所示,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,使其在较光滑的长木板上匀速滑动,记下此时弹簧测力计的示数,其示数大小等于滑动摩擦力的大小。
(2)如图乙所示,在木块上放砝码,从而改变木块对长木板的压力,测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力的大小;
(3)如图丙所示,在长木板上铺上较粗糙的毛巾,保持木块上砝码不变,测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力大小。
实验数据
实验序号
实验条件
摩擦力f/N
压力情况
接触面情况
1
等于木块的重力
木板表面较光滑
0.9
2
等于木块和砝码的总重力
木板表面较光滑
1.6
3
等于木块和砝码的总重力
表面较粗糙
2.1
分析与论证
(1)由实验1、2可知,接触面粗糙程度相同,压力越大,弹簧测力计的示数越大,即滑动摩擦力越大;
(2)由实验2、3可知,压力大小相同,接触面越粗糙,弹簧测力计示数越大,即滑动摩擦力越大。
实验结论
滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。当接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;当压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
教材深挖
1.用力拉木箱,木箱没有动,这是因为地面对木箱的静摩擦力的作用,阻碍了木箱的运动;用手握紧茶杯,茶杯没有下落,是因为茶杯受到了手竖直向上的静摩擦力作用,阻碍了茶杯落下。
推箱子 握紧茶杯
2.在推箱子这一实例中:不推箱子,箱子没有相对运动的趋势,此时地面对箱子没有摩擦力作用;当用力推箱子时,箱子有相对地面滑动的趋势,此时地面就会对箱子施加一个反方向的静摩擦力阻碍其滑动,因箱子未被推动,保持静止,由二力平衡可知,在水平方向上静摩擦力大小等于推力的大小。推力为1N时,静摩擦力为1N;推力为10N时,静摩擦力为10N,只有当大于地面能对箱子产生的最大静摩擦力时,箱子才会滑动,之后,箱子和地面之间的摩擦力大小不变,为滑动摩擦力大小。
3.在握紧茶杯这一实例中:茶杯受重力作用,有下滑的趋势,则手对茶杯有向上的静摩擦力作用,茶杯静止,由二力平衡可知,在竖直方向上静摩擦力的大小等于茶杯和杯内水的总重力,若总重力为3N,则静摩擦力为3N,若中重力为4N,则静摩擦力也变为4N。
类别
方法
应用举例
增大有益摩擦
增大接触面间的压力
自行车车闸
增大接触面的粗糙程度
汽车、拖拉机、自行车车轮上有凹凸不平的花纹,运动员往手上涂防滑粉
变滚动摩擦为滑动摩擦
火车、汽车在紧急刹车时,制动系统使车轮变滚动为滑动
减小有害摩擦
减小接触面的压力
推动熄火的汽车使其再次启动时,让车内乘客都下车以减小车重
减小接触面的粗糙程度
冰壶比赛中用冰壶刷擦冰
变滑动摩擦为滚动摩擦
轮滑鞋
使接触面分离
给机械部件加润滑油,气垫船、磁悬浮列车
实验次数
1
2
3
4
运动速度(m/s)
0.2
0.3
0.4
0.5
测力计的示数(N)
1.2
1.2
1.2
1.2
课时8.3 摩擦力(帮课堂)(解析版)
【学习目标】
1.理解摩擦力的概念;
2.熟悉影响滑动摩擦力大小的因素;
3.会进行影响滑动摩擦力大小因素的实验探究;
4.了解生活中应用与防止摩擦力的现象。
【知识导图】
【基础知识】
知识点一、摩擦力
1.认识:阻碍物体相对运动的力
相互接触的物体的两个面,有时用肉眼看起来很光滑,但是放到显微镜下观察,就会发现实际上像如图所示的那样是凹凸不平的。在压力的作用下,这些凹凸不平的部位会相互啮合,当两者发生相对滑动时,啮合部分就会彼此阻碍,产生阻碍作用。两个相互接触的物体,当它们做相对运动(或有相对运动趋势)时,在接触面产生一种阻碍相对运动(或相对运动趋势)的力,这种力叫做摩擦力。
2.摩擦力产生的条件
(1)接触面粗糙;
(2)两物体相互接触并相互挤压(产生压力);
(3)两物体间发生相对运动或有相对运动趋势。
这三个条件缺一不可。
3.摩擦力的作用效果
摩擦力的作用总是阻碍物体相对运动(或相对运动趋势)。“相对运动”(“或相对运动趋势”)是以相互接触的物体作为参照物的。
4.摩擦力的作用点
实际上,摩擦力是作用在这个物体接触面上的,但为了研究方便可以把摩擦力的作用等效到一个点上,可以把这个点等效在接触面上,也可以取在物体的重心上。
5.摩擦力的方向
总是与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。
【归纳总结】
判断摩擦力方向的三种方法
【典例1】(多选)冰壶运动员的鞋底一只是塑料的,另一只是橡胶的。他滑行时,橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大。如图所示,他用b脚蹬冰面后,只用a脚向右滑行,可以确定的是( )。
A.滑行时冰对a鞋的摩擦力向右;
B.蹬冰时冰对b鞋的摩擦力向右;
C.a鞋底是橡胶会滑得更近;
D.a鞋底是塑料会滑得更远
【答案】BD。
【解析】A.只用a脚向右滑行时,a鞋相对于冰面向右运动,冰对a鞋的摩擦力与相对运动的方向相反,故冰对a鞋的摩擦力方向向左,故A不符合题意;
B.用b脚蹬冰时,b鞋相对于冰面有向左运动的趋势,冰对b鞋的摩擦力方向与相对运动趋势的方向相反,所以,冰对b鞋的摩擦力向右,故B符合题意;
CD.橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大,若a鞋底是橡胶,则受到的摩擦较大,会滑得更近,故C不符合题意,D符合题意。
故选BD。
知识点二、影响滑动摩擦力大小的因素
1.实验探究:影响滑动摩擦力大小的因素
2.注意事项
(1)实验时所用的木板要足够长,以保证木块在木板上滑动时由匀速直线运动的过程;
(2)实验时应保持拉动弹簧测力计的方向与长木板平行;
(3)实验中要做到匀速拉动木块不好实现,建议采用如下操作:将弹簧测力计的挂钩与木板相连,拉环处固定,拉动长木板进行实验(如图所示),这样不但方便读数,而且长木板也不需要做匀速直线运动。
【典例2】如图是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验,铜块和木块的大小和形状完全相同、下表面粗糙程度不同,实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速直线运动。
(1)如图甲,弹簧测力计的示数是__________N.若物体不是做匀速运动,而是做加速直线运动,此时弹簧测力计示数将__________摩擦力。(选填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)如图乙和图丙中铜块和木块叠在一起的目的是保持________不变,探究影响滑动摩擦力大小与_________的关系。
(3)实际操作时,手拉着弹簧测力计做匀速直线运动是比较难做到的,因而弹簧测力计的示数不一定等于摩擦力的大小,为确保弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小,请提出一个改进的方法(在图1中画图表示)。
(4)冰壶运动员的鞋底一只是塑料的,另一只是橡胶的,滑行时橡胶底的鞋受到的摩擦力比塑料底的鞋受到的大。如图2,他用b脚蹬冰面后只用a脚向右滑行,则鞋蹬冰面时冰对b脚穿的鞋的摩擦力方向__________(选填“向左”或“向右);a脚穿的鞋的鞋底是__________(选填“塑料的”或“橡胶的”)。
【答案】(1)2.2;大于;(2)压力接触面粗糙程度;(3)如图;(4)向右;塑料的。
【解析】(1)由图甲知道,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数是2.2N;若物体不是做匀速运动,而是做加速直线运动,则拉力大于受到的摩擦力,即此时弹簧测力计示数将大于摩擦力;
(2)由图乙和图丙知道,铜块和木块叠在一起的目的是为了保持对木板的压力不变;由图乙和图丙知道,对木板的压力不变,但接触面的粗糙程度发生了变化,故可以探究影响滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系;
(3)实验装置改为如下图所示(铜块相对地面静止,受到的测力计拉力与木板施加的摩擦力为一对平衡力):
(4)由图2知道,他用b脚蹬冰面后,b脚相对冰面有向左运动趋势,则冰面阻碍b脚向左运动,所以b脚受到的摩擦力方向向右;根据题意知道,橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大;b脚受到的摩擦力方向向右,使运动员向右运动,所以b脚受到的摩擦力是人向右运动的动力,即摩擦力大更好,所以a脚应该穿塑料底的鞋。
知识点三、摩擦的利用与防止
1.有益摩擦和有害摩擦
(1)摩擦有时是有益的。如用手拿物体时,手与物体间的摩擦;人行走时,鞋底与地面间的摩擦;刹车时,刹车装置的摩擦以及车轮与地面间的摩擦等。
(2)摩擦有时是有害的。如机器运转时各部件之间的摩擦会使机器磨损,进而使机器丧失原有的精度和功能等。
2.增大或减小摩擦的方法
【典例3】图的四幅图中,通过增大压力的方法增大摩擦力的是( )。
A.用力握紧球拍 B.滚动轴承
C.车轴加润滑油 D.鞋底有花纹
【答案】D。
【解析】A.用力握紧球拍在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力,故A符合题意;
B.滚动轴承内圈与外圈之间用滚动代替滑动减小了摩擦力,故B不符合题意;
C.滴加润滑油是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力,故C不符合题意;
D.鞋底刻有凹凸不平的花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故D不符合题意。
故选A。
【方法帮】
题型一:摩擦力的产生
产生摩擦力必须同时满足三个条件:(1)接触面粗糙;(2)接触并相互挤压;(3)发生相对运动或有相对运动趋势。
【典例4】关于摩擦力的说法中不正确的是( )。
A.相互接触的物体间不一定有摩擦力;
B.两物体保持相对静止时也有可能有摩擦;
C.摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同;
D.两个表面光滑的物体间也可能有摩擦
【答案】D。
【解析】相互接触的两物体,发生相对运动,或有相对运动的趋势时,两物体间产生摩擦力。
A、如果两个物体接触没有运动,也没有运动趋势两个物体之间就没有摩擦力。故A正确;
B、例如斜面上静止的物体,虽然相对斜面来讲物体是静止的,但是物体在斜面上有向下运动的趋势,两者之间也存在摩擦力。故B正确;
C、摩擦力的方向总是跟物体的相对运动方向相反,但跟物体运动方向可能是相同的,如人走路时,受到的摩擦力向前。故C正确;
D、两个物体之间要产生摩擦力接触面一定是粗糙的,光滑表面不会产生摩擦力。故D错误。
故选D。
题型二:摩擦力的大小和方向
【角度1】滑动摩擦力的大小和方向
根据二力平衡判断摩擦力的大小和方向:
(1)确定研究对象的运动状态为平衡状态;
(2)分析摩擦力以外的力的大小和方向;
(3)根据平衡力的条件(大小相等、方向相反)来判断摩擦力的大小和方向。
【典例5】如图甲所示,完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在水平推力F1=18N的作用下一起做匀速直线运动,此时木块B所受的摩擦力为________N,木块A所受的摩擦力为________N;若将A、B紧靠着平放在水平桌面上,如图乙所示,用水平力F2推A使它们一起匀速运动,则推力F2是________N。
【答案】0;18;18。
【解析】[1]由图甲可知,在18N的水平拉力F1作用下,A、B一起做匀速直线运动,B相对于A没有发生相对运动趋势,B没有受到摩擦力。
[2]AB一起做匀速直线运动,AB看成整体,受到拉力和摩擦力是平衡力,由二力平衡条件得到木块A所受的摩擦力的大小等于拉力的大小,即f=F1=18N
[3]若将A、B紧靠着放在水平桌面上,接触的粗糙程度不变,压力也不变,因此摩擦力也不变,使它们一起匀速运动因此推力和摩擦力是平衡力,推力F2的大小等于摩擦力的大小,为18N。
【角度2】静摩擦力的大小和方向
静摩擦力总是与引起相对运动趋势的外力大小相等、方向相反,故静摩擦力会随着外力的变化而变化,不是定值。
★易错警示
“推了但没有推动”的两种误区:
(1)“没推动”就是推力太小,小于物体所受静摩擦力;
(2)“没推动”就是不受摩擦力。
正确理解:(1)“没推动”=“物体静止”=“物体受力平衡”,即推力大小等于摩擦力;
(2)“没推动”,物体只是没有相对运动,但存在相对运动趋势,此时有静摩擦力。
【典例6】用大小为10N的水平推力推水平地面上的某物体,没有推动,则物体所受摩擦力f_____10N(选填“<”或“=”);当水平推力增大至15N时,物体沿水平地面匀速前进,此时物体所受摩擦力f1_____15N(选填“<“或“=”);当水平推力增大至16N时,物体所受摩擦力大小为________N。
【答案】=;=;15N。
【解析】[1]物体静止,处于平衡状态变成,在水平方向受到的是平衡力,静摩擦力与推力相互平衡,大小相等。
[2]物体匀速前进,处于平衡状态,在水平方向受到的滑动摩擦力与推力相互平衡,大小相等。
[3]滑动摩擦力的大小与压力、接触面的粗糙程度有关,与其他因素无关。即使水平推力增大了,但物体受到的滑动摩擦力不变,依然为15N。
【角度3】结合运动图像分析摩擦力的大小
(1)分析运动物体所受滑动摩擦力时,若物体做匀速直线运动,则可根据二力平衡知识直接解答;
(2)若物体做加速运动或减速运动,此时物体不处于平衡状态,则分析物体与接触面之间的压力及接触面的粗糙程度是否发生变化(一般均不变),若不变,则滑动摩擦力的大小不变。
【典例7】如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到水平向右的拉力F 的作用,F 的大小与时间t 的关系如图乙所示,物体运动速度 v 与时间t 的关系如图丙所示,由图象可知,当 t=1.5s 时,物体受到摩擦力为______N;当t=4.8s 时,物体受到的合力为________N。
【答案】2;0。
【解析】[1]从丙图可知,在0~2s时是静止,在2~4s是加速,在4~6s是匀速,匀速时,摩擦力等于拉力,等于4N,当 t=1.5s 时,物体处于静止,摩擦力属于静摩擦力,物体处于平衡状态,拉力等于推力等于2N,故其大小为2N。
[2]当t=4.8s 时,物体做匀速直线运动,物体处于平衡状态,故合力为零。
题型三:探究滑动摩擦力大小的影响因素
【典例8】如图所示,小明用弹簧测力计、木块、砝码、长木板和毛巾探究影响滑动摩擦力大小因素的实验。
(1)实验过程中,应拉着木块在木板上做_______运动,弹簧测力计的示数如图所示,则木块受到的滑动摩擦力大小为______N;
(2)对比甲、乙两次实验,是为了探究滑动摩擦力的大小与_______的关系。图甲中,若拉着木块以较大的速度匀速运动,木块所受摩擦力的大小_______(填变大、变小或不变);
(3)小明想进一步探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系,进行了图丙的实验,当测力计示数达到最大值时仍没拉动木块,为了使用现有实验器材顺利完成此实验探究,小明可采取的办法是:_______。
【答案】匀速直线;4.2;压力;不变;见解析。
【解析】(1)探究影响滑动摩擦力大小因素的实验中,应拉着木块在木板上做匀速直线运动,拉力与摩擦力是一对平衡力,摩擦力等于拉力。
由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,读数为4.2N,滑动摩擦力大小为4.2N。
(2)对比甲、乙两次实验,接触面相同,压力不同,是为了探究滑动摩擦力的大小与压力的关系。
滑动摩擦力的大小与运动速度无关,若拉着木块以较大的速度匀速运动,木块所受摩擦力的大小不变。
(3)将砝码取下,匀速拉动木块,读出弹簧测力计的示数,然后与甲实验对比。
题型四:摩擦力的利用与防止
1.减小摩擦的方法:(1)减小压力;(2)减小粗糙程度;(3)变滑动为滚动;(4)使接触面分离。
2.增大摩擦的方法:(1)增大压力;(2)增大粗糙程度;(3)变滚动为滑动。
【典例9】下列实例中,属于减小摩擦的是( )。
A.汽车轮胎上刻有花纹;
B.轴承中装有滚珠;
C.运动鞋底有凹凸不平的花纹;
D.打球时用力握紧球拍
【答案】B。
【解析】A.汽车轮胎上刻有花纹,在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故A不符合题意;
B.轴承中装有滚珠,是用滚动代替滑动来减小摩擦力,故B符合题意;
C.运动鞋底有凹凸不平的花纹,在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故C不符合题意;
D.打球时用力握紧球拍,在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力,故D不符合题意。
故选B。
题型五:摩擦力示意图
摩擦力的作用点
摩擦力的作用点一般选在接触面上,也可将作用点画在物体的重心(一般是物体的几何中心)上。
【典例10】如图所示,用F=30N的力按住一重为5N的木块,木块静止在墙壁上,请画出木块所受摩擦力的示意图。
【解析】物体静止在墙壁上,在竖直方向上物体受到的重力与摩擦力是一对平衡力,二力的大小相等,均为5N,方向相反,重力的方向是竖直向下的,故摩擦力的方向是竖直向上的,作用点可选择在物体的重心上,如图所示:
【中考帮】
考点一:探究滑动摩擦力大小的影响因素
【典例11】(2022·四川遂宁)某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向匀速拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小___________(选填“等于”、“大于”或“小于”)滑动摩擦力的大小;
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:其他条件相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比___________两次实验可知:其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变木块的速度,进行实验,记录的实验数据如下表:
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度___________(选填“有关”或“无关”);
(5)小组交流讨论时发现:在实验中很难使木块做匀速直线运动,于是小伟设计了如图丁所示实验装置,该装置的优点是___________(选填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动。
【答案】①等于;②甲、丙;③无关;④不需要。
【解析】(1)[1]实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使其在水平桌面上做做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡知识,可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小。
(3)[2]要得到其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大的结论,需要控制压力不变,接触面的粗糙程度不同,选择甲丙两图进行实验。
(4)[3]由表中数据可知,压力和接触面的粗糙程度不变,速度大小不同,测力计的示数不变,滑动摩擦力的大小不变,可以得到滑动摩擦力的大小与物体运动的速度无关。
(5)[4]丁图所示的实验装置,拉动长木板向左运动,木块相对于地面静止,受到摩擦力和测力计的拉力为一对平衡力,摩擦力的大小等于弹簧测力计的拉力,不需要长木板做匀速直线运动。
中考考题要求同学们掌握基本实验器材的使用规则,能正确使用实验器材获得数据,并能准确表述和评估探究过程与结果,这是物理核心素养的科学探究的体现。
考点二:摩擦力的利用与防止
【典例12】(2022·四川乐山)以下说法中正确的是( )。
A. 乐山名食麻辣烫的竹签一端削尖是为了增大压强;
B. 同学们的书包带都比较宽其目的是为了减小压力;
C. 鞋底印有花纹是为了减小摩擦;
D. 冰壶运动中“擦冰”是为了增大摩擦
【答案】D。
【解析】A.把竹签的一端削尖是为了在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故A正确;
B.把书包带做得宽些是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强的,故B错误;
C.鞋底印有花纹,是在压力一定时,增大接触面粗糙程度来增大鞋底和地面之间的摩擦力,防止打滑,故C错误;
D.冰壶运动员擦冰,冰面会熔化为水,是在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力,故D错误。故选A。
中考考题要求同学们能结合影响摩擦力大小的因素正确描述和解释生活中的摩擦现象,并能交流和评估实验探究的过程,这是物理核心素养的物理观念的体现。
【作业帮】
一、基础练(知识巩固)
1.你在上体育课时,遇到了一些场景,并联想到学过的物理知识。下列联想错误的是( )。
A.“单杠表演”时运动员手上搓镁粉是为了增大摩擦;
B.“跳远”时运动员起跳离开地面利用了力的作用是相互的;
C.“踢足球”时利用了力可以改变物体的运动状态;
D.滑冰时,冰刀与冰面间的摩擦是通过减小接触面大小来减小滑动摩擦
【答案】D。
【解析】A.运动员手上搓镁粉是为了增大单杠与手之间的粗糙程度,从而增大摩擦,故A正确,不符合题意;
B.人对地面用力,地面给人一个反作用力,使人跳离开地面,利用了力的作用是相互的,故B正确,不符合题意;
C.“踢足球”时,可以改变足球的速度,也可以改变足球的运动方向,二者都是改变物体的运动状态,故C正确,不符合题意;
D.影响动摩擦的因素是接触面的粗糙程度和对接触面的压力大小,而接触面的大小不影响滑动摩擦力的大小,故D错误,符合题意。
故选D。
2.在图所示的四个实例中,为了增大摩擦力的是( )。
A.汽车轮胎表面刻有花纹;
B.车轴承内部装有滚珠;
C.气垫船与水之间形成空气层;
D.磁悬浮列车行驶时不接触轨道
【答案】D。
【解析】A.汽车轮胎表面刻有花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度,增大摩擦力,故A符合题意;
B.车轴承内部装有滚珠,用滚动代替滑动,减小摩擦力,故B不符合题意;
C.气垫船行驶时,在船体与水之间形成高压空气层,是通过使接触面脱离来减小摩擦力,故C不符合题意;
D.磁悬浮列车行驶时不接触轨道,是通过使接触面脱离来减小摩擦力,故D不符合题意。
故选A。
3.2020年7月2日是全国低碳日,骑车出行是“低碳生活”倡导方式之一。自行车上各部件,属于减小有害摩擦的是( )。
A.滚圆坚硬的钢珠B.花纹规则的轮胎
C.粗糙柔软的把手D.凸凹不平的脚踏
【答案】D。
【解析】A.滚圆坚硬的钢珠,将滑动改为滚动,摩擦力减小,故A符合题意;
B.花纹规则的轮胎,通过增大接触面的粗糙程度从而增大摩擦力,故B不符合题意;
C.粗糙柔软的把手,是通过增大接触面的粗糙程度从而增大摩擦力,故C不符合题意;
D.凸凹不平的脚踏,通过增大接触面的粗糙程度从而增大摩擦力,故D不符合题意。
故选A。
4.关于重力、弹力、摩擦力,下列说法正确的是( )。
A.形状规则的物体,重心一定在几何中心;
B.摩擦力的方向一定与物体运动方向相反;
C.人对地面的压力,是因为地面发生弹性形变产生的;
D.物体间如果有摩擦力,就一定存在相互作用的压力
【答案】D。
【解析】A.只有质量分布均匀且有规则的外形的物体,其重心才在几何中心上,故A错误;
B.摩擦力的方向与相对运动或相对运动的趋势的方向相反,可以与运动的方向相同,比如人向前走路,地面对脚的摩擦力向前,与人运动方向相同,故B错误;
C.弹力是物体由于发生弹性形变而产生的力,人对地面的压力,是因为人发生弹性形变产生的,故C错误;
D.根据摩擦力产生的条件可知,物体间接触面粗糙、有弹力、有相对运动或相对运动趋势,所以物体间如果有摩擦力,就一定存在相互作用的压力,故D正确。
故选D。
5.如图,在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块,甲木块用一根细绳拴在左边固定的竖直墙上,现在用F=20N的力把木块乙从右端匀速地抽出来,则甲、乙两木块所受的摩擦力是( )。
A.甲和乙都受向左20N的摩擦力;
B.甲和乙都受向右20N 的摩擦力;
C.甲受向右20N的摩擦力,乙受向左20N的摩擦力;
D.甲没有受到摩擦力,乙受向右的20N的摩擦力
【答案】A。
【解析】由木块乙向右端匀速运动可知,木块乙处于平衡状态,在水平方向受拉力F和甲对乙的摩擦力的作用,根据二力平衡的条件可以判断,乙受到的摩擦力为20N,方向水平向左;木块甲静止,木块甲处于平衡状态,在水平方向受细绳对其向左的拉力与乙对其向右的摩擦力作用,摩擦力的大小为20N。故C符合题意。
故选C。
6.在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小明找来了量程合适的弹簧测力计一个、长木板两块(一块光滑,另一块粗糙),长方体木块一块(带有挂钩),钩码一盒,实验过程如图所示,下列说法错误的是( )。
A.测量摩擦力时,要使弹簧测力计拉着木块沿水平长木板做匀速直线运动;
B.通过图甲、乙所示的实验可以得出结论:在保持压力一定时,粗糙程度越大,滑动摩擦力越大;
C.此实验中应用了一种重要的探究物理问题的方法一控制变量法;
D.图甲中用不同速度拉着木块做匀速直线运动,摩擦力大小也不同
【答案】D。
【解析】A.因为只有弹簧测力计拉着木块沿水平长木板做匀速直线运动时,物体在水平方向上才受到平衡力的作用,即拉力大小才等于摩擦力的大小,故A正确,不符合题意;
B.比较甲乙两图知道,两图中对接触面的压力大小相同,乙接触面粗糙,乙测测力计示数大于甲的示数,所以,得出在保持压力一定时,粗糙程度越大,滑动摩擦力越大,故B正确,不符合题意;
C.此实验中影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,控制了压力不变,而探究与接触面的粗糙程度的关系,所以是应用了控制变量法,故C正确,不符合题意;
D.因为影响滑动摩擦力大小的两个因素:压力大小和接触面的粗糙程度都不变,故图甲中用不同速度拉着木块做匀速直线运动,摩擦力大小相同,故D错误,符合题意。
7.挤压矿泉水瓶,用力越大,瓶子形变程度越大,说明力的作用效果跟______有关,瓶子盖上有很多花纹是为了______(选填“增大”或“减小”)摩擦
【答案】力的大小;增大。
【解析】[1]挤压矿泉水瓶时,用力越大,瓶子形变程度越大,即力的作用效果越明显,说明力的作用效果与力的大小有关。
[2]瓶子盖上有很多花纹是为了增大接触面的粗糙程度从而增大摩擦。
8.如图甲所示,用10N的力握住玻璃瓶悬空静止不动,。
(1)在图乙代表玻璃瓶的黑点A上,画出其静止时竖直方向受到的力的示意图。
(2)若将手的握力增加到20N,则手与玻璃瓶之间摩擦力的大小将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)玻璃瓶受到手对它的压力时,玻璃瓶会不会发生微小的形变?答:__________(选填“会”或“不会”)。
【答案】如图;不变;会。
【解析】(1)[1]用力握住玻璃瓶悬空静止不动,玻璃瓶处于平衡状态,受到重力和摩擦力是平衡力,大小相等,从A点沿竖直向下画出重力的示意图,从A点沿竖直向上画出摩擦力的示意图,如图所示:
(2)[2]若将手的握力增加到20N,玻璃瓶仍然静止不动,因此玻璃瓶受到的摩擦力仍然等于玻璃瓶的重力,而玻璃瓶的重力不变,故手与瓶之间摩擦力的大小将不变;
(3)[3]力可以改变物体的形状,玻璃瓶受到手对它的压力时,玻璃瓶会发生微小的形变。
二、综合练(能力提升)
9.(2022·四川自贡)如图所示,用5N的水平拉力F拉动木板A在水平地面上向右匀速运动,物体B相对地面静止不动,弹簧测力计示数为2N,下列说法正确的是( )。
A. 必须使木板A作匀速运动才能测出B受到的摩擦力;
B. A对B的摩擦力大小为2N,方向水平向右;
C. B对A的摩擦力大小为3N,方向水平向右;
D. 地面对A的摩擦力大小为3N,方向水平向右
【答案】B。
【解析】A.在拉动A的过程中,B相对地面静止,它受到的摩擦力等于水平拉力,即弹簧测力计的示数,因为它们是一对平衡力,所以无论A是否作匀速运动,都可测得B受到的摩擦力,故A错误;
BC.B相对地面静止,在水平方向上所受的弹簧测力计的向左拉力与A对B的摩擦力是一对平衡力,它们大小相等,方向相反,所以A对B的摩擦力fAB=2N
方向向右。而A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对相互作用力,它们的大小相等,方向相反,所以B对A的摩擦力大小为2N,方向向左。故C错误,B正确;
D.A受到水平向右的拉力的作用,匀速向右运动,地面对A的摩擦力向左,则A在水平方向上受到的向左的地面的摩擦力、B对A的摩擦力和向右的拉力作用处于平衡状态,所以地面对A的摩擦力fA=F-fBA=5N-2N=3N;
故D错误。故选B。
10.(2022·湖南长沙)如图所示,为保障市民安全出行,志愿者们正在清理道路冰雪,他们采用增大压力的方法来增大摩擦的是( )。
A. 戴防滑手套B. 在路面上铺防滑垫
C. 穿鞋底粗糙的橡胶鞋D. 铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落
【答案】D。
【解析】A.戴防滑手套,手套上有花纹,采用增大接触面粗糙程度的方法来增大摩擦,故A不符合题意;
B.在路面上铺防滑垫,防滑垫上有凹凸不平的花纹,采用增大接触面粗糙程度的方法来增大摩擦,故B不符合题意;
C.穿鞋底粗糙的橡胶鞋,采用增大接触面粗糙程度的方法来增大摩擦,故C不符合题意;
D.铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落,采用增大压力的方法来增大摩擦,故D符合题意。
故选D。
11.(2022·四川南充)粗糙水平面上一木箱重200N,当用50N的水平推力推木箱时,木箱静止不动,此时木箱受到水平方向的摩擦力为___________N;当用100N的水平推力推木箱时,木箱恰能做匀速直线运动;当用150N的水平推力推木箱时,木箱受到水平方向的摩擦力为___________N。
【答案】① 50;②100。
【解析】[1]由题意可知,当用50N的水平推力推木箱时,木箱静止不动,即木箱处于平衡状态,故木箱所受的静摩擦力与推力平衡,所以可得f静=F1=50N
[2]当用100N的水平推力推木箱时,木箱恰能做匀速直线运动,即木箱处于平衡状态,故木箱所受的滑动摩擦力与推力平衡,所以可得f动=F2=100N
当用150N的水平推力推木箱时,根据影响滑动摩擦力的因素可知,压力大小没变,接触面的粗糙程度没变,所以滑动摩擦力不变,即仍为100N。
12.(2022·安徽省)小军在整理房间时,用平行于水平地面的力推动玩具箱,如图所示。若地面粗糙程度相同,则箱内玩具越重,箱子运动时受到的滑动摩擦力越______(选填“大”或“小”)。
【答案】大。
【解析】滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关,当接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。若地面粗糙程度相同,箱内玩具越重,则对地面的压力越大,箱子运动时受到的滑动摩擦力越大。
13.(2022·山东泰安)如图所示,用的水平拉力拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动,当拉力变为时,木块受到的摩擦力为___________。
【答案】2。
【解析】用的水平拉力拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动,木块在水平方向上受到的拉力与滑动摩擦力为一对平衡力,大小相等,即木块受到的摩擦力为2N;当拉力变为时,因压力大小和接触面粗糙程度不变,故木块受到的摩擦力大小不变,为2N。
三、培优练(挑战自我)
14.(2022·四川内江)如图所示的小实验,将书和直尺叠放在水平桌面上,一只手用力压住课本,另一只手抽出直尺。下列说法正确的是( )。
A. 当手压课本的力增大时,抽出直尺的力将变大;
B. 手对书的压力和书对手的支持力是一对平衡力;
C. 书受到的重力和直尺对书的支持力是一对平衡力;
D. 当直尺水平向左抽出时,书受到直尺对它的摩擦力水平向右
【答案】D。
【解析】A.当手压课本的力增大时,直尺与课本间的摩擦力会变大,抽出直尺的力将变大,故A正确;
B.手对书的压力和书对手的支持力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在两个物体上,是一对相互作用力,故B错误;
C.书受到的重力和直尺对书的支持力大小不相等,不是一对平衡力,故C错误;
D.当直尺水平向左抽出时,书相对于直尺向右运动,书受到直尺对它的摩擦力水平向左,故D错误。故选A。
15.(2022·四川达州)如图所示,用手握住装有水的杯子静止在空中,杯子___________(选填“具有”或“不具有”)惯性,杯子所受摩擦力的方向为___________,若喝掉杯中一部分水后,仍按如图方式保持静止,则杯子所受摩擦力___________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
【答案】①具有;②竖直向上; ③减小。
【解析】[1]物体的惯性与物质的质量有关,质量越大,惯性越大,杯子具有质量,故具有惯性。
[2]杯子受到竖直向下的重力,处于受力平衡状态,故由二力平衡可知,杯子所受摩擦力的方向为竖直向上。
[3]若喝掉杯中一部分水后,杯子和水的总重力减小,仍按如图方式保持静止,则由二力平衡可知,杯子所受摩擦力减小。
16.(2022·江苏扬州)冬奥会冰壶比赛中,如图所示,在AB过程中,投手用水平方向的力推冰壶,使冰壶在粗糙程度相同的冰面上做匀速直线运动,人对冰壶的推力___________冰面对冰壶的摩擦力;撤去推力,在BC过程中所受摩擦力___________;在CD过程中,队友刷冰是通过___________方式增加冰面内能,才使之熔化,从而___________摩擦。
【答案】① 等于;②不变;③做功;④减小。
【解析】[1] 冰壶在做匀速直线运动,所以处于平衡状态,要受到平衡力的作用,所以水平方向上人对冰壶的推力等于冰面对冰壶的摩擦力。
[2]滑动摩擦力大小只与压力小和接触面粗糙程度有关,撤去推力后,压力小和接触面粗糙程度不变,所以滑动摩擦力大小也不变。
[3] [4]不断的刷冰通过做功的方式使冰面的温度升高,内能增大,让冰熔化成水,使冰面变得光滑,从而减小滑动摩擦力,让冰壶运动的更远。
17.(2022·湖南衡阳)在“研究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中,同学们猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有:
①接触面所受的压力:②接触面的粗糙程度。根据猜想,同学们设计了如图所示甲、乙、丙的实验。
(1)实验时,沿水平方向拉动木块使它沿木板做匀速直线运动,弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小,因为这时木块受到的拉力和滑动摩擦力是一对___________力;
(2)由实验甲、乙可知,其他条件相同时,接触面所受的压力越大,滑动摩擦力越___________;
(3)由实验乙、丙可知,其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越___________;
(4)以下事例中,增大摩擦的是___________,减小摩擦的是___________(该两空选填字母)。
A.鞋底有凹凸不平的花纹 B.给自行车轴加润滑油
【答案】①平衡;②大;③大;④A;⑤B。
【解析】(1)[1]只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小,实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,木块受到的拉力和滑动摩擦力是平衡力,根据二力平衡知识,两个力大小相等,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。
(2)[2]由实验甲、乙可知,接触面的粗糙程度相同,乙图中压力较大,滑动摩擦力较大,可以得到其他条件相同时,接触面所受的压力越大,滑动摩擦力越大。
(3)[3]由实验乙、丙可知,压力相同,丙图中接触面比较粗糙,滑动摩擦力较大,可以得到其他条件相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
(4)[4]A.鞋底有凹凸不平的花纹,在压力一定时,增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。
B.给自行车轴加润滑,在压力一定时,减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力。
教材深挖
滑动摩擦力和静摩擦力
当两个相互接触的物体反射相对运动时,在接触面上会产生滑动摩擦力;当两物体没有发生相对运动,但有相对运动趋势时,在接触面上会产生静摩擦力,如用力推箱子但未推动时,虽然箱子处于静止状态,但箱子在推理作用下已有了“要发生”相对运动的趋势,此时地面对箱子的摩擦力就是静摩擦力。
温馨提示
相对运动方向的理解
“相对运动方向”不是“运动方向”。水平地面上的物体前进时,物体相对地面向前运动(相对运动方向向前),物体受到地面对它向后的摩擦力(摩擦力方向向后);人走路时,脚向后蹬地,脚相对于地面有向后运动的趋势,地面给鞋底的摩擦力方向向前,有利于人向前运动。
摩擦力有时阻碍运动,有时有利于运动,无论哪种情况,摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。
由摩擦力概念判断
摩擦力的方向与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反
由假设法判断
此方法通常用来判断相对静止的物体间所受静摩擦力的方向。首先假设接触面光滑、无摩擦,分析两物体的相对运动情况,然后根据摩擦力阻碍物体相对运动确定摩擦力的方向
由二力平衡的条件判断
一对平衡力的方向相反,可以通过与摩擦力相互平衡的另一个力的方向来判断摩擦力的方向
▲拓展培优
摩擦力的分类
常见摩擦除了滑动摩擦和静摩擦,还有滚动摩擦。滚动摩擦是物体在接触面上滚动时所受的摩擦。在情况相同时,一般滚动摩擦会远小于滑动摩擦。
种类
定义
示例
滑动摩擦力
一个物体在另一个物体上面滑动时产生的摩擦力
在粗糙地面上滑动的物体受到滑动摩擦力
滚动摩擦力
一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力
沿水平方向运动的小车车轮受到滚动摩擦力
静摩擦力
两个相互接触的物体,当它们要发生而未发生相对运动时,在它们的接触面上产生一种阻碍相对运动趋势的力
两个力共同作用在同一物体上,使物体保持平衡
提出问题
滑动摩擦力大小与哪些因素有关?
猜想与假设
(1)滑动摩擦力的大小可能与接触面所受压力有关;
(2)滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关
实验原理
用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动,此时木块在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力为一对平衡力,这样读出弹簧测力计的示数,就可以知道滑动摩擦力的大小(滑动摩擦力大小不能直接测量,是根据二力平衡知识间接测量出的)
制订计划与设计实验
影响滑动摩擦力大小的因素有多个,因此在探究过程中要应用控制变量法,如探究压力对滑动摩擦力大小的影响时,要保持接触面的粗糙程度不变;在探究接触面粗糙程度对滑动摩擦力大小影响时,应控制压力不变
实验步骤
(1)如图甲所示,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,使其在较光滑的长木板上匀速滑动,记下此时弹簧测力计的示数,其示数大小等于滑动摩擦力的大小。
(2)如图乙所示,在木块上放砝码,从而改变木块对长木板的压力,测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力的大小;
(3)如图丙所示,在长木板上铺上较粗糙的毛巾,保持木块上砝码不变,测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力大小。
实验数据
实验序号
实验条件
摩擦力f/N
压力情况
接触面情况
1
等于木块的重力
木板表面较光滑
0.9
2
等于木块和砝码的总重力
木板表面较光滑
1.6
3
等于木块和砝码的总重力
表面较粗糙
2.1
分析与论证
(1)由实验1、2可知,接触面粗糙程度相同,压力越大,弹簧测力计的示数越大,即滑动摩擦力越大;
(2)由实验2、3可知,压力大小相同,接触面越粗糙,弹簧测力计示数越大,即滑动摩擦力越大。
实验结论
滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。当接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;当压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
教材深挖
1.用力拉木箱,木箱没有动,这是因为地面对木箱的静摩擦力的作用,阻碍了木箱的运动;用手握紧茶杯,茶杯没有下落,是因为茶杯受到了手竖直向上的静摩擦力作用,阻碍了茶杯落下。
推箱子 握紧茶杯
2.在推箱子这一实例中:不推箱子,箱子没有相对运动的趋势,此时地面对箱子没有摩擦力作用;当用力推箱子时,箱子有相对地面滑动的趋势,此时地面就会对箱子施加一个反方向的静摩擦力阻碍其滑动,因箱子未被推动,保持静止,由二力平衡可知,在水平方向上静摩擦力大小等于推力的大小。推力为1N时,静摩擦力为1N;推力为10N时,静摩擦力为10N,只有当大于地面能对箱子产生的最大静摩擦力时,箱子才会滑动,之后,箱子和地面之间的摩擦力大小不变,为滑动摩擦力大小。
3.在握紧茶杯这一实例中:茶杯受重力作用,有下滑的趋势,则手对茶杯有向上的静摩擦力作用,茶杯静止,由二力平衡可知,在竖直方向上静摩擦力的大小等于茶杯和杯内水的总重力,若总重力为3N,则静摩擦力为3N,若中重力为4N,则静摩擦力也变为4N。
类别
方法
应用举例
增大有益摩擦
增大接触面间的压力
自行车车闸
增大接触面的粗糙程度
汽车、拖拉机、自行车车轮上有凹凸不平的花纹,运动员往手上涂防滑粉
变滚动摩擦为滑动摩擦
火车、汽车在紧急刹车时,制动系统使车轮变滚动为滑动
减小有害摩擦
减小接触面的压力
推动熄火的汽车使其再次启动时,让车内乘客都下车以减小车重
减小接触面的粗糙程度
冰壶比赛中用冰壶刷擦冰
变滑动摩擦为滚动摩擦
轮滑鞋
使接触面分离
给机械部件加润滑油,气垫船、磁悬浮列车
实验次数
1
2
3
4
运动速度(m/s)
0.2
0.3
0.4
0.5
测力计的示数(N)
1.2
1.2
1.2
1.2
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