第14講-摩擦力(教師版)

第14講摩擦力一、靜摩擦力1．定義兩個只有相對運動趨勢，而沒有相對運動的物體之間產生的摩擦力。2．大小范圍為0＜F≤Fmax，F(xiàn)max為最大靜摩擦力。3．方向沿著接觸面并且跟物體的相對運動趨勢的方向相反。4．作用效果總是阻礙物體間的相對運動趨勢。二、滑動摩擦力1．定義當一個物體在另一個物體表面滑動的時候，會受到另一個物體阻礙它滑動的力。2．大小F＝μFN，F(xiàn)N為壓力，μ為動摩擦因數(shù)。3．方向沿著接觸面，并且跟物體的相對運動的方向相反。4．作用效果總是阻礙物體間的相對運動。1．自主思考——判一判(1)靜摩擦力就是靜止物體受到的摩擦力。(×)(2)靜摩擦力方向一定與物體的運動方向相反。(×)(3)靜摩擦力的大小與正壓力成正比。(×)(4)摩擦力一定是阻力。(×)(5)接觸面間有摩擦力，一定存在彈力。(√)(6)滑動摩擦力的方向一定與物體的運動方向相反。(×)2．合作探究——議一議(1)受滑動摩擦力的物體一定是運動的嗎？提示：不一定。滑動摩擦力存在于發(fā)生相對運動的兩個物體之間，但并不意味著這兩個物體相對于其他物體都是運動的，即受到滑動摩擦力作用的物體不一定運動。(2)在學習靜摩擦力時，有的同學認為只有靜止的物體才受到靜摩擦力的作用，你認為是這樣嗎？提示：該觀點是錯誤的，靜摩擦力存在于相對靜止的物體之間，兩物體相對靜止，它們之間有相對運動趨勢時就會有靜摩擦力的作用，運動的物體也可以受到靜摩擦力的作用。例如：手拿一只瓶子沿水平方向勻速運動，瓶子受到重力和一個豎直向上的靜摩擦力作用。(3)摩擦力的方向一定與運動方向相反嗎？摩擦力一定阻礙物體的運動嗎？提示：摩擦力的方向與相對運動方向相反，但可能和運動方向相反，也可能和運動方向相同，可以作為阻力，也可以作為動力。例如：傳送帶運送物體時摩擦力和運動方向相同，在運送過程中摩擦力是動力?！镜湫屠}】類型一：靜摩擦力的有無及方向判斷[典例1]如圖所示，物體A、B疊放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做勻速直線運動，下列說法正確的是()A．A、B之間無摩擦力B．A受到B的摩擦力水平向左C．B受到A的摩擦力水平向左D．地面對B的摩擦力為靜摩擦力，水平向右[思路點撥][解析]對A物體，由于A勻速運動，由水平方向二力平衡可知，B對A的摩擦力必與F等值反向，故選項A、B錯誤；對B物體，由力的作用的相互性可知，A對B的摩擦力一定與B對A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，選項C正確；對A、B整體分析，由于A、B一起向左勻速運動，則地面對B的摩擦力為滑動摩擦力，且水平向右，故選項D錯誤。[答案]C(1)采用假設法判斷摩擦力是否存在的關鍵是假設接觸面光滑，然后分析研究對象的運動情況。(2)對于相對復雜的題目，一般先分析受力簡單的物體，再根據力的相互性分析與其接觸物體的受力情況。變式1．關于靜摩擦力，下列說法中正確的是()A．兩個表面粗糙的物體，只要直接接觸就會產生靜摩擦力B．靜摩擦力總是阻礙物體的運動C．靜摩擦力的方向跟物體間相對運動趨勢的方向相反D．兩個物體之間的靜摩擦力總是一個定值解析：選C由于靜摩擦力產生在彼此直接接觸且相互擠壓、接觸面粗糙又有相對運動趨勢的物體之間，所以A錯誤；靜摩擦力的作用是阻礙物體間的相對運動趨勢，方向與物體間相對運動趨勢的方向相反，不能說成阻礙物體的運動，所以B錯誤，C正確；兩物體間靜摩擦力的大小隨物體所受其他外力的變化而變化，因此D錯誤。變式2.(多選)如圖所示，物體A、B疊放在水平地面上，水平力F作用在B上，使二者一起向右做勻速直線運動，下列說法正確的是()A．A、B之間無摩擦力B．A受到B的摩擦力水平向左C．B受到A的摩擦力水平向右D．地面對B的摩擦力為滑動摩擦力，水平向左解析：選ADA、B之間無相對運動或相對運動的趨勢，所以A、B之間無摩擦力，故選項A正確，B、C錯誤；對A、B整體分析，由于A、B一起向右勻速運動，則地面對B的摩擦力一定為滑動摩擦力，且水平向左，故選項D正確。變式3.如圖所示，水平地面上堆放著原木。關于原木P在支撐點M、N處受力的方向，下列說法正確的是()A．M處受到的支持力豎直向上B．N處受到的支持力豎直向上C．M處受到的靜摩擦力沿MN方向D．N處受到的靜摩擦力沿水平方向解析：選AM處支持力方向垂直于地面，因此豎直向上，A項正確；N處的支持力方向垂直于原木P，因此B項錯誤；M處受到的靜摩擦力方向平行于地面，C項錯誤；N處受到的靜摩擦力方向平行于原木P，D項錯誤。類型二：靜摩擦力大小的計算[典例2]如圖所示，A、B兩物體重力都等于10N，各接觸面間動摩擦因數(shù)都等于0.3，F(xiàn)1＝1N和F2＝2N的兩個水平力分別作用在A和B上，A、B均靜止，則A受的摩擦力和地面對B的摩擦力大小分別為()A．3N,6N B．1N,2NC．1N,1N D．0N,1N[思路點撥](1)A、B均靜止，故A、B間存在靜摩擦力，可對A受力分析進行判斷。(2)B與地面相對靜止，B與地面存在靜摩擦力，可對AB整體受力分析進行判斷。[解析]因兩個物體都處于靜止狀態(tài)，故所受的摩擦力均為靜摩擦力；對物體A受力分析可知：F1＝fA＝1N；對AB的整體，由平衡條件可知：F2＝F1＋fB，解得fB＝1N，故選項C正確。[答案]C(1)靜摩擦力的大小計算沒有公式可用，通常要進行受力分析來確定研究對象的運動狀態(tài)，若為二力平衡，則由平衡條件求解；若為其他狀態(tài)，則由其他力學方法(以后學習)求解。(2)最大靜摩擦力與物體間正壓力成正比，其值略大于同等壓力下的滑動摩擦力，通常情況下可認為二者相等。變式1．(多選)人握住旗桿勻速豎直向上爬，則下列說法正確的是()A．人受的摩擦力的方向是向上的B．人受的摩擦力的方向是向下的C．人握旗桿用力越大，人受的摩擦力也越大D．人握旗桿用力越大，并不會使人受的摩擦力也增大解析：選AD人握住旗桿勻速上爬時，人相對于旗桿有向下滑的趨勢，受到旗桿的靜摩擦力方向向上，故A正確，B錯誤；人豎直方向受到重力和摩擦力，由平衡條件分析得知，人受的摩擦力等于人的重力，保持不變，所以人握旗桿用力越大，并不會使人受的摩擦力增大，故C錯誤、D正確。變式2.如圖所示，用水平作用力F把物體壓在豎直墻面上，物體始終處于靜止狀態(tài)，則物體所受的摩擦力的大小()A．隨F的增大而增大B．隨F的減小而減小C．等于重力的大小D．可能大于重力解析：選C物體處于靜止狀態(tài)，所受的力一定是平衡力。在水平方向上受到推力F和墻壁對它的向左的推力，這兩個力是一對平衡力；物體在豎直方向上受到重力的作用沒有掉下來，是由于墻壁給它施加了一個向上的摩擦力。由于其靜止，所以摩擦力與重力是一對平衡力，由于重力不變，所以摩擦力也不變，始終等于其重力，故C正確，A、B、D錯誤。變式3．(多選)有三個相同的物體疊放在一起，置于粗糙水平地面上，物體之間不光滑，如圖所示?，F(xiàn)用一水平力F作用在乙物體上，物體仍保持靜止，下列說法正確的是()A．丙受到地面的摩擦力大小為F，方向水平向左B．甲受到水平向右的摩擦力作用C．乙對丙的摩擦力大小為F，方向水平向右D．丙對乙的摩擦力大小為F，方向水平向右解析：選AC對于選項A，以甲、乙、丙三者整體為研究對象，此整體在水平方向上受平衡力的作用，因此丙受到地面的摩擦力大小等于拉力F，方向水平向左，選項A正確；對于選項B，以甲為研究對象，甲不受摩擦力，選項B錯誤；對于選項C，乙對丙的摩擦力與丙對乙的摩擦力大小相等、方向相反，由此可知，乙對丙摩擦力的大小等于F，方向水平向右，故選項C正確，選項D錯誤。類型三：滑動摩擦力的大小計算及方向判斷1．滑動摩擦力的產生條件兩物體eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①接觸面粗糙,②相互擠壓,③具有相對運動滑動))缺一不可2．滑動摩擦力大小的計算(1)公式法：根據F＝μFN計算。(2)二力平衡法：物體做勻速直線運動時，可以根據二力平衡求解。[特別提醒](1)公式中FN指兩物體接觸面間的壓力，其大小不一定等于物體的重力。(2)滑動摩擦力的大小與物體的運動速度、接觸面積的大小均無關。(3)動摩擦因數(shù)μ取決于物體的材料、接觸面的粗糙程度。3．滑動摩擦力的方向滑動摩擦力的方向總是跟兩物體的接觸面相切并且跟它們相對運動的方向相反。[特別提醒](1)與“相對運動的方向相反”并不是與“運動方向相反”。(2)滑動摩擦力的作用總是阻礙物體的相對運動，而不是阻礙物體的運動。例如：如圖所示，物體A、B都向右運動，速度分別為vA＝1m/s，vB＝2m/s。則A受到B向右的滑動摩擦力F1，是動力；B受到A向左的滑動摩擦力F2，是阻力。[典例3](多選)如圖所示，重力G＝20N的物體，在動摩擦因數(shù)為0.2的水平面上向左運動，同時受到大小為5N，方向向右的水平力F的作用，則()A．物體所受摩擦力大小是4N，方向水平向右B．物體所受摩擦力大小是5N，方向水平向左C．在運動過程中，若撤去F時，摩擦力仍不變D．在運動過程中，若撤去F時，則摩擦力變?yōu)?N[解析]物體所受摩擦力大小是Ff＝μmg＝0.2×20N＝4N，方向水平向右，選項A正確，B錯誤；在運動過程中，若撤去F時，則物體向左減速運動，摩擦力仍不變，選項C正確，D錯誤。[答案]AC(1)在求解摩擦力大小時，一定要分清是求靜摩擦力還是求滑動摩擦力。F＝μFN只適用于滑動摩擦力的計算，靜摩擦力的大小要根據物體的受力情況和運動情況共同確定。(2)公式F＝μFN中的FN是物體接觸面之間的正壓力，不一定等于物體的重力G。要根據物體的受力來確定。變式1．關于摩擦力下列說法正確的是()A．滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反B．靜止的物體不可能受到滑動摩擦力C．滑動摩擦力一定是阻力D．靜摩擦力不可能是動力解析：選A滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反，故A正確；靜止的物體也可受到滑動摩擦力，如地面上有物體在滑動時，地面會受到滑動摩擦力，故B錯誤；摩擦力可以是動力也可以是阻力，故C、D錯誤。變式2.如圖所示，一個質量為m的物體A，向其施加一個水平方向的力F，使A沿豎直墻壁勻速下滑，若物體A與墻面間的動摩擦因數(shù)為μ，那么A物體與墻面間的摩擦力為()A．Ff＝μmg向上B．Ff＝mg向下C．Ff＝F向下D．Ff＝μF向上解析：選D由于物體勻速下滑，因此在豎直方向上合外力為零，所以有：mg＝Ff。根據滑動摩擦力的大小有：Ff＝μFN，F(xiàn)N＝F，因此Ff＝μF，所以A、B、C錯誤，D正確。變式3．水平桌面上有一個重200N的物體，與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.2，當依次用15N、30N、80N的水平力拉此物體時，物體受到的摩擦力依次為(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)()A．15N、30N、40NB．15N、30N、80NC．0、0、40ND．15N、40N、40N解析：選A物體運動時的滑動摩擦力為Ff＝μFN＝40N，所以依次用15N、30N的力拉物體時，物體靜止不動，受到的是靜摩擦力，處于靜止狀態(tài)，合力為零，受到的靜摩擦力大小等于拉力，而當用80N的力拉時，物體開始運動，受到的是滑動摩擦力，大小為40N，所以依次是15N、30N、40N，A正確?！眷柟叹毩暋?．下列關于摩擦力的說法，正確的是()A．摩擦力的大小一定與正壓力成正比B．摩擦力的方向一定與物體運動方向相反C．摩擦力一定是阻力D．只有相互擠壓和發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢的粗糙物體之間才有摩擦力的作用解析：選D靜摩擦力的大小與正壓力無關，選項A錯誤；摩擦力的方向一定與物體相對運動方向或者相對運動趨勢的方向相反，選項B錯誤；摩擦力可能是阻力，也可能是動力，選項C錯誤；只有相互擠壓和發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢的粗糙物體之間才有摩擦力的作用，故D正確。2．(多選)下列說法中正確的是()A．有彈力不一定有摩擦力，有摩擦力必定有彈力B．摩擦力的方向一定沿接觸面的切線方向C．摩擦力的大小一定與物體所受的重力大小成正比D．摩擦力的方向總是與運動方向相反，起阻礙物體運動的作用解析：選AB產生摩擦力的條件是存在彈力并且有相對運動或者相對運動趨勢，有摩擦力一定有彈力，但是有彈力不一定有摩擦力，因為兩者之間可能沒有相對運動或者相對運動趨勢，A正確；摩擦力的方向一定沿接觸面的切線方向，B正確；靜摩擦力與重力無關，滑動摩擦力與兩物體接觸面間的正壓力有關，C錯誤；摩擦力方向總是與相對運動方向或者相對運動趨勢方向相反，與物體運動方向無關，D錯誤。3．自行車是很普及的代步工具，不論它的品牌如何，從自行車的結構和使用上來看，它涉及許多物理知識，下列對其認識錯誤的是()A．自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車處均刻有花紋，并且都使用動摩擦因數(shù)大的材料，增大了摩擦力B．車軸處經常涂一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度來減小摩擦力C．車軸處一般有滾珠，變滾動摩擦為滑動摩擦來減小摩擦力D．剎車時，用力捏緊車閘，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力解析：選C自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車處均刻有花紋，并且都使用動摩擦因數(shù)大的材料，增大了摩擦力，選項A正確；車軸處經常涂一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度來減小摩擦力，選項B正確；車軸處一般有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦來減小摩擦力，選項C錯誤；剎車時，用力捏緊車閘，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力，選項D正確。故認識錯誤的是C。4．質量為5.0kg的冰塊以1.0m/s的初速度在水平面上滑行，已知冰塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.02。取g＝10m/s2。則冰塊在運動過程中受到的摩擦力大小為()A．50N B．0.1NC．5.0N D．1.0N解析：選D由滑動摩擦力Ff＝μFN得：Ff＝μmg＝1N，D對。5.如圖所示，在粗糙水平面上放置有一豎直截面為平行四邊形的木塊，圖中木塊傾角為θ，木塊與水平面間動摩擦因數(shù)為μ，木塊重為G，現(xiàn)用一水平恒力F推木塊，使木塊由靜止向左運動，則物體所受地面摩擦力大小為()A．Ff＝F B．Ff＝eq\f(μmg,cosθ)C．Ff＝μmg D．Ff＝μ(mgsinθ＋Fcosθ)解析：選C木塊相對水平面發(fā)生滑動，即木塊與水平面之間的摩擦力為滑動摩擦力，根據受力分析可得兩者之間的正壓力為mg，所以木塊受到的摩擦力大小為Ff＝μmg，C正確。6.(多選)用手握住一個盛有一部分油的油瓶，油瓶始終靜止處于豎直方向，如圖所示，下列說法中正確的是()A．瓶中油越多，手必須握得越緊B．手握得越緊，油瓶受到的摩擦力越大C．不管手握得多緊，油瓶受到的摩擦力總是一定的D．摩擦力的大小等于油瓶與油的總重力的大小解析：選ACD手握住油瓶，油瓶不掉落下來，表明手對油瓶豎直向上的靜摩擦力跟油瓶重力平衡，油瓶越重，它受到的靜摩擦力越大，如果手握得不夠緊，正壓力不夠大，最大靜摩擦力小于油瓶與油的總重力，油瓶就會掉下來，手握得越緊，手與瓶間的壓力越大，最大靜摩擦力也越大，只要最大靜摩擦力大于油瓶與油的總重力，油瓶受到的靜摩擦力就與油瓶和油的總重力平衡，可見選項B錯誤，A、C、D正確。7.為了測定木塊和豎直墻壁之間的動摩擦因數(shù)，某同學設計了一個實驗：用一根彈簧將木塊壓在墻上，同時在木塊下方有一個拉力F2作用，使木塊恰好勻速向下運動，如圖所示?，F(xiàn)分別測出了彈簧的彈力F1、拉力F2和木塊的重力G，則動摩擦因數(shù)μ應等于()A.eq\f(F2＋G,F1)B.eq\f(F2,F1)C.eq\f(G,F1) D.eq\f(F1＋G,F2)解析：選A木塊對墻面的壓力為F1，對木塊受力分析，發(fā)現(xiàn)墻對木塊的摩擦力為F2＋G，故動摩擦因數(shù)μ應等于eq\f(F2＋G,F1)，選項A正確。8．三個質量相同的物體，與水平桌面的動摩擦因數(shù)相同，由于所受水平拉力不同，A做勻速運動，B做加速運動，C做減速運動，那么它們受到的摩擦力大小關系應是()A．FB>FA>FC B．FA<FB<FCC．FB＝FA＝FC D．不能比較大小解析：選C由F＝μFN知F的大小只與μ和FN有關，與物體的運動狀態(tài)無關，由于該題中FN與重力G大小相等，故F相同，C正確。9．木塊A、B分別重50N和30N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.2，與A、B相連接的輕彈簧被壓縮了5cm，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動。已知彈簧的勁度系數(shù)為100N/m。用F＝1N的水平力向右推A，如圖所示，力F作用后()A．木塊A所受摩擦力大小是4N，方向向右B．木塊A所受摩擦力大小是9N，方向向右C．木塊B所受摩擦力大小是4N，方向向左D．木塊B所受摩擦力大小是6N，方向向左解析：選A剛開始輕彈簧被壓縮了5cm時，彈力大小為F＝kx＝5N，此時系統(tǒng)靜止，所以用1N的力向右推A，A不會發(fā)生滑動，即仍處于靜止狀態(tài)，所以木塊A所受摩擦力大小是4N，方向向右。B受到彈簧的彈力和靜摩擦力作用，所以木塊B所受摩擦力大小是5N，方向向左，故A正確。10．如圖所示，有黑白兩條毛巾交替折疊地放在地面上，白毛巾的中部用線與墻壁連接著，黑毛巾的中部用線拉住，設線均呈水平。欲將黑白毛巾分離開來，設每條毛巾的質量均為m，毛巾之間及其跟地面間的動摩擦因數(shù)均為μ，則將黑毛巾勻速拉出需用的水平拉力為()A．μmgB．2μmgC．5μmg D．6μmg解析：選C根據受力平衡，黑毛巾有四個面受到摩擦力，平衡時F＝f1＋f2＋f3＋f4＝μ·eq\f(1,2)mg＋μ·2·eq\f(1,2)mg＋μ·3·eq\f(1,2)mg＋μ·4·eq\f(1,2)mg＝5μmg，故選C。11．質量為2kg的物體，靜止在水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，最大靜摩