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第三節(jié)摩擦力第三章相互作用1.知道滑動(dòng)摩擦力的概念及產(chǎn)生條件,會(huì)判斷滑動(dòng)摩擦力的方向.2.知道滑動(dòng)摩擦力的大小跟什么有關(guān),能用動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算滑動(dòng)摩擦力的大小.3.知道靜摩擦力的概念及產(chǎn)生條件,會(huì)判斷靜摩擦力的方向.知道最大靜摩擦力的概念及靜摩擦力的大小范圍.學(xué)習(xí)任務(wù)必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備知識(shí)點(diǎn)一滑動(dòng)摩擦力1.定義:在滑動(dòng)摩擦中,在接觸面上產(chǎn)生的____物體________的作用力,叫作滑動(dòng)摩擦力.2.方向:總是與物體________的方向____,與它們的接觸面____.3.大小:f跟_______成正比,還跟接觸面的性質(zhì)有關(guān),即f=_____.其中μ叫_________,它與相互接觸的物體的____和接觸面的________有關(guān).提醒
“物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向”不等同于“物體運(yùn)動(dòng)方向”.
阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)相反相切壓力FNμFN動(dòng)摩擦因數(shù)材料粗糙程度體驗(yàn)
1.(1)有壓力一定有滑動(dòng)摩擦力. (
)(2)有滑動(dòng)摩擦力一定有壓力. (
)(3)滑動(dòng)摩擦力總是與接觸面上的壓力垂直. (
)×√√知識(shí)點(diǎn)二靜摩擦力1.定義:當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體之間具有____________時(shí),物體間產(chǎn)生的摩擦叫作靜摩擦,這時(shí)產(chǎn)生的摩擦力叫作________.2.方向:總是與物體____________的方向相反,與它們的接觸面____.3.最大靜摩擦力:靜摩擦力的最大值.在數(shù)值上等于物體____________時(shí)所需的最小拉力.4.靜摩擦力的大?。簝晌矬w間實(shí)際產(chǎn)生的靜摩擦力f在0和最大靜摩擦力fmax之間,即____________.相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)靜摩擦力相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相切剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)0<f靜≤fmax提醒
受靜摩擦力作用的物體也可以是運(yùn)動(dòng)的,但不是“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”.體驗(yàn)
2.(1)兩個(gè)相互接觸的物體都運(yùn)動(dòng)時(shí),不會(huì)產(chǎn)生靜摩擦力. (
)(2)靜摩擦力的大小跟接觸面的粗糙程度有關(guān). (
)(3)最大靜摩擦力的大小跟物體間正壓力的大小有關(guān). (
)(4)最大靜摩擦力的大小跟接觸面的材料有關(guān). (
)×√×√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成將手指壓在較為光滑的桌面上向前推,使手指在桌面上滑動(dòng).這時(shí)手指會(huì)感覺(jué)到向后的阻礙作用,這個(gè)阻礙作用就是桌面對(duì)手指的滑動(dòng)摩擦力.請(qǐng)?zhí)骄浚?1)增大手指與桌面間的壓力,滑動(dòng)摩擦力如何變化?(2)若在粗糙的水泥地面上以相同的壓力推動(dòng)手指,摩擦力大小如何變化?(3)靜止的桌面受到的摩擦力屬于滑動(dòng)摩擦力嗎?提示:(1)變大(2)變大(3)屬于,靜止的物體也可受到滑動(dòng)摩擦力,只要相對(duì)滑動(dòng)即可.
考點(diǎn)1滑動(dòng)摩擦力1.滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件(1)兩物體接觸且擠壓(即有彈力).(2)接觸面粗糙.(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng).注意:有彈力,不一定有摩擦力;有摩擦力,一定有彈力.2.滑動(dòng)摩擦力的方向沿接觸面,與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.3.作用效果:總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),而不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng),所以滑動(dòng)摩擦力的方向可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同,也可能相反.滑動(dòng)摩擦力可以是動(dòng)力,也可以是阻力.4.滑動(dòng)摩擦力大小的計(jì)算方法(1)公式法:由f=μFN計(jì)算.應(yīng)當(dāng)注意,F(xiàn)N是壓力,其大小不一定等于物體的重力.甲圖中壓力等于物塊重力,乙圖中壓力與物塊重力無(wú)關(guān),丙圖中壓力小于物塊重力.(2)二力平衡法:物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止時(shí)(有相對(duì)運(yùn)動(dòng)),根據(jù)二力平衡條件求解.
角度1滑動(dòng)摩擦力的大小和方向【典例1】如圖所示,在動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1的水平面上向右運(yùn)動(dòng)的物體,質(zhì)量為20kg,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,還受到一個(gè)水平向左的大小為10N的拉力作用,則物體受到的滑動(dòng)摩擦力為(g取10m/s2)(
)A.10N,向右 B.10N,向左C.20N,向右 D.20N,向左思路點(diǎn)撥:①物體相對(duì)水平面向右運(yùn)動(dòng),受滑動(dòng)摩擦力作用.②物體質(zhì)量為20kg,對(duì)水平面的壓力大小為200N.
√D
[滑動(dòng)摩擦力大小Ff=μFN=μmg=0.1×20×10N=20N,方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反,即向左.]規(guī)律方法
求解滑動(dòng)摩擦力的有無(wú)及大小的計(jì)算(1)判斷滑動(dòng)摩擦力的有無(wú):根據(jù)接觸面的性質(zhì)和物體間是否產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),確定物體之間是否存在滑動(dòng)摩擦力.(2)求解方法的選?。倏筛鶕?jù)公式Ff=μFN求解滑動(dòng)摩擦力的大?。谌绻矬w做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),可根據(jù)二力平衡法求解.角度2測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)【典例2】某同學(xué)用圖甲所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù).跨過(guò)光滑定滑輪的細(xì)線(xiàn)兩端分別與木塊和彈簧測(cè)力計(jì)相連,滑輪和木塊間的細(xì)線(xiàn)保持水平,在木塊上方放置砝碼.緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板,當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小.某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在表中給出,其中Ff4的值可從圖乙中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出.甲
乙砝碼的質(zhì)量m/kg0.050.100.150.200.25滑動(dòng)摩擦力Ff
/N2.152.362.55Ff42.93回答下列問(wèn)題:(1)Ff4=________N;(2)在圖丙的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫(huà)出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出Ff-m圖線(xiàn);2.75丙見(jiàn)解析圖(3)Ff與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為Ff=____________,F(xiàn)f-m圖線(xiàn)(直線(xiàn))的斜率的表達(dá)式為k=________;(4)g取9.80m/s2,由繪出的Ff-m圖線(xiàn)求得μ=________(保留2位有效數(shù)字).μ(M+m)gμg0.40[解析]
(1)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為2.75N.(2)在圖像上添加(0.20kg,2.75N)這個(gè)點(diǎn),畫(huà)一條直線(xiàn),使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線(xiàn)上,不在直線(xiàn)上的點(diǎn)大致均勻分布在直線(xiàn)兩側(cè),如圖所示.(3)由實(shí)驗(yàn)原理可得Ff=μ(M+m)g,F(xiàn)f-m圖線(xiàn)的斜率為k=μg.(4)根據(jù)圖像求出k=3.9N/kg,代入數(shù)據(jù)得μ≈0.40.
[跟進(jìn)訓(xùn)練]1.(角度1)如圖所示,將一重力不計(jì)的白紙夾在物理課本與水平桌面之間,現(xiàn)用水平拉力F將白紙從書(shū)本底下向右抽出(書(shū)本未從桌面滑落),已知課本重力為G,所有接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,則在白紙被抽出的過(guò)程中(
)A.課本對(duì)白紙的摩擦力方向向右B.抽動(dòng)瞬間,白紙受到的摩擦力為2μGC.抽動(dòng)瞬間拉力F越大,課本與白紙間的摩擦力越大D.課本與白紙間的摩擦力大小始終等于μG√B
[根據(jù)題意可知,白紙相對(duì)課本向右運(yùn)動(dòng),則課本對(duì)白紙的摩擦力方向向左,故A錯(cuò)誤;抽動(dòng)瞬間,白紙受到的是滑動(dòng)摩擦力,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式f=μFN,且白紙受到課本與桌面的兩個(gè)滑動(dòng)摩擦力,因此其大小為2μG,故B正確;課本與白紙間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,大小與接觸面間的粗糙程度和接觸面間的正壓力有關(guān),與拉力無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤;在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi),課本與白紙間的壓力等于重力,此時(shí)摩擦力等于μG,當(dāng)白紙滑過(guò)課本時(shí),課本與紙面間的壓力小于重力G,滑動(dòng)摩擦力小于μG,故D錯(cuò)誤.故選B.]2.(角度2)如圖,某個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn).把彈簧測(cè)力計(jì)的一端固定在墻上,另一端與一物塊P相連,用力F拉水平向左拉物塊下面的金屬板,金屬板向左運(yùn)動(dòng),此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定(圖中已把彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)放大畫(huà)出),彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為_(kāi)_______N,物塊P受到金屬板的滑動(dòng)摩擦力的大小是________N;若用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得物塊P的重力為13N,則物塊P與金屬板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______.[解析]
由圖示彈簧測(cè)力計(jì)可知,其分度值是0.1N,其讀數(shù)F=2.60N;由二力平衡條件得:滑動(dòng)摩擦力Ff=F=2.60N.根據(jù)Ff=μFN=μmg,解得動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.2.602.600.2考點(diǎn)2靜摩擦力1.靜摩擦力的產(chǎn)生條件(1)兩物體直接接觸且相互擠壓(即有彈力).(2)接觸面粗糙.(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).2.相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的判斷方法——假設(shè)法3.靜摩擦力的方向(1)在接觸面上與接觸面相切,且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反.(2)當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)(勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí),與使物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力的方向相反.4.靜摩擦力的大小(1)范圍:0<f靜≤fmax.最大靜摩擦力fmax略大于滑動(dòng)摩擦力(如圖),為分析問(wèn)題方便,經(jīng)常認(rèn)為二者近似相等.
(2)計(jì)算:物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止時(shí),根據(jù)二力平衡條件求解.(3)靜摩擦力大小與壓力無(wú)關(guān),最大靜摩擦力與壓力成正比.【典例3】質(zhì)量為2kg的物體靜止在水平地面上,如圖所示,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力視為相等,給物體一水平推力F(g取10m/s2).
(1)當(dāng)推力大小為5N時(shí),地面對(duì)物體的摩擦力是多大?(2)當(dāng)推力大小為12N時(shí),地面對(duì)物體的摩擦力是多大?思路點(diǎn)撥:①判斷物體所處的狀態(tài)及摩擦力特點(diǎn).②選取合理的方法或公式計(jì)算相應(yīng)摩擦力的大?。甗解析]
在地面上,F(xiàn)N=mg,則滑動(dòng)摩擦力(即最大靜摩擦力Fmax)大小為Fmax=μFN=μmg=0.5×2×10N=10N.(1)當(dāng)推力F=5N時(shí),F(xiàn)<Fmax,物體靜止,則由二力平衡知:地面對(duì)物體的靜摩擦力的大小F靜=F=5N.(2)當(dāng)推力F=12N時(shí),F(xiàn)>Fmax,物體滑動(dòng).則地面對(duì)物體的滑動(dòng)摩擦力的大小F滑=μFN=μmg=10N.[答案]
(1)5N
(2)10N規(guī)律方法
求解靜摩擦力大小的步驟(1)確定研究對(duì)象,判斷靜摩擦力的有無(wú).(2)確定物體是否處于平衡狀態(tài).(3)根據(jù)平衡法求大?。寒?dāng)物體受力處于平衡狀態(tài)時(shí),根據(jù)受力平衡,求解靜摩擦力的大?。甗一題多變]上題中若物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然把推力去掉,此時(shí)地面對(duì)物體的摩擦力是多大?[解析]
運(yùn)動(dòng)過(guò)程中把推力去掉,地面對(duì)物體的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,其大小F′滑=10N.
[答案]
10N[跟進(jìn)訓(xùn)練]3.如圖所示,水平地面上堆放著原木,關(guān)于原木P在支撐點(diǎn)M、N處受力的方向,下列說(shuō)法正確的是(
)A.N處受到的摩擦力豎直向下B.M處受到的摩擦力沿原木方向C.N處受到的支持力垂直MN向上D.M處受到的支持力垂直MN向上√C
[靜摩擦力方向與接觸面相切,在N點(diǎn)原木P相對(duì)木堆有下滑趨勢(shì),故原木在N處受到的靜摩擦力沿MN方向,原木在M點(diǎn)受到的靜摩擦力沿地面方向,A、B錯(cuò)誤;支持力總是垂直于接觸面指向被支持的物體,在N處原木受到的支持力垂直于MN向上,在M處原木受到的支持力垂直于水平地面,豎直向上,C正確,D錯(cuò)誤.故選C.]學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)1.人類(lèi)日常生活離不開(kāi)摩擦力.如果沒(méi)有摩擦力,我們將不能走路,汽車(chē)不能行駛.下列關(guān)于摩擦力的說(shuō)法正確的是(
)A.吃飯時(shí)拿在手中的筷子不會(huì)滑落,是因?yàn)橛心Σ亮Φ淖饔肂.汽車(chē)輪胎表面都是花紋,是為了減小摩擦力C.爬竿表演時(shí)雜技演員沿豎直竹竿勻速上爬,受到的摩擦力方向向下D.靜止的物體不會(huì)受到摩擦力√A
[吃飯時(shí)拿在手中的筷子因?yàn)橹亓Χ邢侣涞内厔?shì),由于靜摩擦力的作用才沒(méi)有從手中滑落,A正確;汽車(chē)輪胎表面都是花紋,是為了增大摩擦力,B錯(cuò)誤;爬竿表演時(shí)雜技演員沿豎直竹竿勻速上爬時(shí),豎直方向的重力和摩擦力平衡,大小相等、方向相反,所以受到的摩擦力方向向上,C錯(cuò)誤;靜止的物體也可能會(huì)受到摩擦力,比如汽車(chē)急剎車(chē)時(shí),地面受到滑動(dòng)摩擦力,D錯(cuò)誤.故選A.]2.(多選)關(guān)于滑動(dòng)摩擦力,以下說(shuō)法正確的是(
)A.滑動(dòng)摩擦力總是和物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反B.滑動(dòng)摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)C.只有運(yùn)動(dòng)的物體才受到滑動(dòng)摩擦力D.滑動(dòng)摩擦力總跟物體的重力成正比√√AB
[根據(jù)滑動(dòng)摩擦力的特征可知,滑動(dòng)摩擦力的效果總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反,A、B正確;若甲、乙兩物體之間有相互作用的彈力,甲處于靜止?fàn)顟B(tài),乙相對(duì)甲在運(yùn)動(dòng),此時(shí),甲受到了乙對(duì)其的滑動(dòng)摩擦力作用,可知靜止的物體也有可能受到滑動(dòng)摩擦力,C錯(cuò)誤;滑動(dòng)摩擦力與物體接觸面之間的彈力大小成正比,而該彈力大小不一定與重力大小相等,因此不能認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力總跟物體的重力成正比,D錯(cuò)誤.故選AB.]3.(新情境題:以“機(jī)械臂”為背景,考查靜摩擦力)《中國(guó)制造2025》是國(guó)家實(shí)施強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng),智能機(jī)器制造是一個(gè)重要方向,其中智能機(jī)械臂已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域.如圖,一機(jī)械臂鐵夾豎直夾起一個(gè)金屬小球,小球在空中處于靜止?fàn)顟B(tài),鐵夾與球接觸面保持豎直.探究:(1)小球受到的摩擦力大小和方向是怎樣的?請(qǐng)作出解釋?zhuān)?2)若增大鐵夾對(duì)小球的壓力,小球受到的摩擦力會(huì)如何變化?[解析]
(1)小球受到的摩擦力大小始終與小球的重力相等,方向豎直向上.(2)若增大鐵夾對(duì)小球的壓力,小球受到的摩擦力大小仍然與小球重力相等,方向不變.[答案]
見(jiàn)解析提示:滑動(dòng)摩擦力的方向跟物體相對(duì)滑動(dòng)的方向相反,大小計(jì)算公式Ff=μFN.2.靜摩擦力的大小范圍如何?提示:0<Ff≤Fmax.3.最大靜摩擦力的公式如何?提示:Fmax=μ0FN.回歸本節(jié)知識(shí),自我完成以下問(wèn)題:1.滑動(dòng)摩擦力的方向如何?大小如何計(jì)算?閱讀材料·拓寬物理視野關(guān)于摩擦本質(zhì)的兩種學(xué)說(shuō)1.凹凸嚙合說(shuō)這是從15世紀(jì)至18世紀(jì),科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦本質(zhì)的理論,嚙合說(shuō)認(rèn)為:摩擦是由于相互接觸的
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