3.2摩擦力 学案（Word版含答案）

《相互作用力》
“摩擦力”章节考点归纳&典例示范
一、静摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们有相对运动的趋势，但没有相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动趋势的力，这种力叫作静摩擦力。
2．产生条件
(1)两个物体相互接触并挤压；
(2)物体间的接触面粗糙；
(3)两物体相对静止，但有相对运动的趋势。
3．方向：沿着接触面，跟物体相对运动趋势的方向相反。
【特别注意】
静摩擦力方向的判断
(1)直接法：对于相对运动趋势比较明显的情况，可以根据静摩擦力的方向沿着接触面，且与相对运动趋势的方向相反直接判断。
(2)假设法：可假设接触面光滑，将会看到物体发生相对运动，根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向，从而判断静摩擦力的方向。
(3)状态分析法：分析除要研究的静摩擦力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律)，若还需要有向左的静摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则静摩擦力向左；若还需要有向右的静摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则静摩擦力向右。
(4)相互作用分析法：若甲、乙两物体间有静摩擦力，并且能判断出甲对乙的静摩擦力的方向，则乙对甲的静摩擦力的方向与甲对乙的静摩擦力的方向相反。
注意：状态分析法、相互作用分析法同样适用于滑动摩擦力方向的判断。
4．最大静摩擦力：静摩擦力的增大有一个限度。静摩擦力的最大值Fmax在数值上等于物体即将开始运动时的拉力。两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间，即05．效果：总是阻碍物体间的相对运动趋势。
6. 静摩擦力有无的判断
静摩擦力大小的分析
(1)静摩擦力随引起静摩擦力的外力的增大而增大，但静摩擦力的增大有一个限度，超过这个限度就会发生相对运动，这个限度时的静摩擦力就是最大静摩擦力。
(2)静摩擦力的大小范围：0(3)静摩擦力不会随压力的增大或减小而改变，但最大静摩擦力会随压力的增大而增大。
【特别注意】
最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力Ff＝μF压，一般情况可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
【思考】
受到静摩擦力作用的物体是否一定处于静止状态？
提示：存在静摩擦力的两个物体是“相对”静止的，但这两个物体是否处于静止状态，与选取的参考系有关。如果选这两个物体中的一个作为参考系，那么它们都是静止的；如果选择这两个物体之外的其他物体作为参考系，那么这两个物体可能是运动的，也可能是静止的。
【解题技巧】
1.计算摩擦力大小应注意的问题
1在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦力。两者的计算方式完全不同。
2滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他方式如利用二力平衡条件求解。
3滑动摩擦力Ff＝μF压中正压力F压并不总是等于物体的重力，要具体问题具体分析。
2.判断摩擦力方向应注意的问题
1在判断摩擦力方向时，弄清物体相对运动或相对运动趋势的方向是关键。
2相对运动趋势是指物体相对于它所接触的物体的运动趋势，不一定是相对于地面的运动趋势。
3摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反，不是与运动趋势方向相反。
4具体判断时，可灵活运用假设法、状态分析法或相互作用分析法进行判断。
【典例示范】
如图为运动员莫有雪在田径世少赛上奔跑途中的两个瞬间，用F1、F2分别表示莫有雪在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于F1、F2的方向，以下说法正确的是(　　)
A．F1向后，F2向后 B．F1向前，F2向前
C．F1向前，F2向后 D．F1向后，F2向前
[答案]　C
如图所示是一主动轮A通过皮带带动从动轮B的示意图，主动轮的转动方向为顺时针方向，则关于主动轮上M点受到的静摩擦力方向和从动轮上N点受到的静摩擦力方向的判断正确的是(　　)
A．向下，向上 B．向下，向下
C．向上，向下 D．向上，向上
[答案]　B
如图所示，质量m＝2 kg的物体放在水平地面上。一质量不计的弹簧，原长为10 cm，一端固定在物体上，另一端施一水平拉力F。物体与水平面间的动摩擦因数为0.2。(g＝10 m/s2，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)
(1)当弹簧被拉长至12 cm时，物体恰好匀速运动，则弹簧的劲度系数多大？
(2)若将弹簧拉长至11 cm，物体所受到的摩擦力大小为多少？
(3)若将弹簧拉长至13 cm，物体所受的摩擦力大小为多少？
[答案]　(1)200 N/m　(2)2 N　(3)4 N
[解析]　(1)物体匀速前进时，k(x－x0)＝μmg，
则k＝＝ N/m＝200 N/m。
(2)弹簧的拉力
F1＝k(x1－x0)＝200×(0.11－0.10) N＝2 N，
最大静摩擦力Fmax与滑动摩擦力相等，则：
Fmax＝μF压＝μmg＝0.2×2×10 N＝4 N，
F1Ff1＝F1＝2 N。
(3)弹簧的拉力
F2＝k(x2－x0)＝200×(0.13－0.10) N＝6 N，
F2>Fmax，
故物体将加速前进，此时物体受到的滑动摩擦力为
Ff2＝μF压＝μmg＝0.2×2×10 N＝4 N。
二、滑动摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。
2．产生条件
(1)物体间接触且挤压；
(2)接触面粗糙；
(3)物体间有相对运动。
【特别注意】
“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的方向相反。所以发生相对运动的物体不一定处于运动状态，可能是某物体静止，另一个物体在运动造成的。
3．方向：
(1)沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。
(2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反。
4．大小：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。Ff＝μF压。μ是比例常数，叫作动摩擦因数。它的值跟接触面有关，接触面材料不同、粗糙程度不同，动摩擦因数也不同。动摩擦因数μ＝，也可表示为μ＝，FN为接触面对物体的支持力。
5．效果：总是阻碍物体间的相对运动。
6. 滑动摩擦力的大小
(1)公式法：根据公式Ff＝μF压计算。
①正压力F压是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，F压的大小根据物体的受力情况确定。
②动摩擦因数μ与接触面的材料和粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关。
(2)二力平衡法：物体处于平衡(匀速直线运动或静止)状态时，根据二力平衡条件求解。
【思考】
只有运动的物体才能受到滑动摩擦力吗？
提示：如图所示，物体在拉力F的作用下向右运动，地面相对于物体向左运动，所以地面受到了向右的滑动摩擦力，而地面是静止的，因此，静止的物体也可能受到滑动摩擦力。
【解题技巧】
1滑动摩擦力大小与物体相对接触面的运动快慢无关。由公式Ff＝μF压，可知影响滑动摩擦力大小的因素只有两个：动摩擦因数μ和正压力F压。
2对于处于平衡状态的物体，可以根据二力平衡条件求出物体间的滑动摩擦力，再根据滑动摩擦力公式Ff＝μF压，就可求解出物体间的动摩擦因数。
【典例示范】
判断正误
(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。(　　)
(2)摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间。(　　)
(3)滑动摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同。(　　)
(4)动摩擦因数的大小与接触面的材料和粗糙程度有关。(　　)
(5)静摩擦力的大小与正压力成正比。(　　)
[答案]
(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×
2. 如图所示，一在水平面上向右运动的物体，质量为40 kg，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.1，在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为20 N的力的作用，取g＝10 N/kg，则物体受到水平面的滑动摩擦力为(　　)
A．40 N，向右 B．40 N，向左
C．20 N，向右 D．20 N，向左
[答案]　B
3. 风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆置于风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径，当杆在水平方向固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，如图所示，这时小球所受的风力等于小球重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数。
[答案]　0.5
某同学设计了测动摩擦因数的实验，实验装置如图所示。其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计。实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。已知重力加速度为g。则该设计能测出________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为μ＝________。
[答案]　A与B