高中物理人教版（2019）必修1： 3.2 摩擦力 学案

【标题】第二节　摩擦力
解读课程　学科素养
课标要点 核心素养
1．理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件． 2．会判断摩擦力的有无、大小和方向，了解最大静摩擦力的概念． 3．知道生活中增大和减小摩擦的实例，有将物理知识应用于生活的知识． 1．形成初步的摩擦力概念，应用摩擦力的知识解决实际问题中与摩擦力大小和方向有关的问题．（物理观念） 2．能对比较简单的摩擦力现象进行分析和推理，获得摩擦力有无和方向的结论．（科学思维） 3．能根据摩擦力探究方案，使用基本仪器获得摩擦力大小的数据，得到不同类型摩擦力大小的影响因素或变化规律．（科学探究）
预习新知　自主学习
一、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，在接触面上产生的阻碍相对运动的力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反．
3．大小：滑动摩擦力的大小跟压力成正比．
公式：F＝μFN，μ为动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料和接触面的情况有关（填“有关”或“无关”）．
“相对运动”与“物体运动”不是同一概念．“相对运动”是指受力物体相对于施力物体（以施力物体为参照物）的位置发生了改变；而“物体的运动”一般指物体相对地面的位置发生了改变．
二、静摩擦力
1．定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时，产生的摩擦力叫作静摩擦力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反．
3．最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值Ffmax，在数值上等于物体即将开始运动时的拉力．
4．静摩擦力的大小：两物体间实际发生的静摩擦力Ff在0与Ffmax之间，即0＜Ff≤Ffmax．
所谓“相对运动趋势的方向”，是指假设接触面光滑时，物体将要发生的相对运动的方向．比如物体静止在粗糙斜面上，假设没有摩擦，物体将沿斜面下滑，即物体静止时相对（斜面）运动趋势的方向是沿斜面向下，则物体所受静摩擦力的方向沿斜面向上，与物体相对运动趋势的方向相反．
探究知识　提升素养
知识点1 滑动摩擦力
兴趣探究
1．按如图所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动．
（1）木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系？
（2）在木块上添加重物，即增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？
（3）在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？
【答案】（1）相等　（2）增大　（3）增大
2．（1）如图所示，地面光滑，若B的速度v2大于A的速度v1，画出A、B所受滑动摩擦力的示意图．
（2）滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？
【答案】（1）如图所示
（2）滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动，但与物体的运动方向可能相同，也可能相反，即滑动摩擦力可能是阻力，也可能是动力．
知识归纳
1．滑动摩擦力的产生条件
（1）两物体直接接触且相互挤压（即有弹力）．
（2）接触面粗糙．
（3）两物体间有相对运动．
2．滑动摩擦力的方向
与相对运动方向相反，与物体的运动方向无直接关系，与物体的运动方向可能相同，也可能相反．
3．滑动摩擦力的大小
由公式F＝μFN计算（也可以由二力平衡来求解）
（1）FN是两个相接触的物体间的压力，它不一定等于重力，FN的大小可以与重力G大小相等，也可以不等．
（2）动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与FN无关．
（3）滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关．
考向例题
考向　对滑动摩擦力的理解
【例1】如图所示，物体A重40 N，物体B重20 N，A与B、A与地的动摩擦因数相同，物体B用细绳系住，当水平力F＝32 N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数．
【解析】研究物体A的受力情况，拉力与接触面间的滑动摩擦力等大反向，F＝μmBg＋μ（mAg＋mBg），代入数据解得μ＝0．4．
【答案】0．4
方法技巧：滑动摩擦力大小的求解方法
（1）如果物体做匀速直线运动，可根据二力平衡法和公式法求解滑动摩擦力大小．
（2）如果物体做非匀速直线运动，可根据公式F＝μFN求解滑动摩擦力的大小．
即时巩固
1．有关滑动摩擦力，下列说法中正确的是 （　　）
A．滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反
B．滑动摩擦力的方向一定与两物体间相对运动的方向相反
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．接触面的动摩擦因数越大，滑动摩擦力也一定越大
【解析】滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，故滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反，但不一定与物体运动的方向相反，故A错误，B正确；滑动摩擦力的大小F＝μFN，由接触面的动摩擦因数与正压力共同决定，与物体在支持面上的滑动速度无关，故C、D错误．
【答案】B
知识点2 静摩擦力
兴趣探究
把木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图所示．
当测力计的示数为1 N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2 N时，木块仍静止；继续增大拉力到4 N时，木块恰好不移动，若再稍微增大拉力，木块开始移动，且拉力突然变小到3．8 N，此后木块匀速运动，拉力保持3．8 N不变．
（1）当测力计的示数为1 N时，木块没有动，木块在水平方向受几个力的作用？摩擦力大小为多少？
（2）测力计的示数为2 N时，木块仍没有动，木块所受摩擦力是多少？
（3）拉力为4 N时，木块所受摩擦力为静摩擦力还是滑动摩擦力？
【答案】（1）2个力作用，分别是向右的拉力和向左的静摩擦力　1 N　（2）2 N　（3）静摩擦力
知识归纳
1．静摩擦力的产生条件
（1）两物体直接接触且相互挤压（即有弹力）．
（2）接触面粗糙．
（3）两物体间有相对运动趋势．
2．静摩擦力的方向
与相对运动趋势方向相反，与物体运动方向无直接关系，既可与运动方向相同，也可与运动方向相反或成某一夹角．
3．静摩擦力的大小
（1）范围：0＜Ff≤Ffmax．
（2）计算：物体匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解．
（3）静摩擦力大小与正压力无关，最大静摩擦力与正压力成正比．
考向例题
考向一　静摩擦力方向的判断
【例2】下列情景中，物体M所受摩擦力f的示意图正确的是 （　　）
A
B
C
D
A．物体静止在粗糙的水平面上
B．汽车停在斜坡上
C．物体贴着竖直墙面自由下落
D．瓶子被握在手中处于静止状态
【解析】物体静止在水平面上，与水平面间没有相对运动的趋势，不受摩擦力，故A项错误；小车相对斜面有向下运动的趋势，摩擦力与重力沿斜坡的分力平衡，汽车受沿斜坡向上的摩擦力，故B项正确；小物块贴着竖直墙面自由下落，与墙壁间无弹力，与墙壁间没有摩擦力，故C项错误；瓶子相对手有向下运动的趋势，则瓶子所摩擦力方向向上，故D项错误．
【答案】B
方法技巧：静摩擦力方向的确定方法
（1）由运动趋势方向确定：若A、B间有静摩擦力作用，要判断A物体所受的静摩擦力方向，先判断出A相对B的运动趋势方向，然后根据A受的静摩擦力方向与A相对B的运动趋势方向相反判断．
（2）由物体的状态确定：由物体所处的状态，根据二力平衡条件或牛顿第二定律（第四章将要学习）确定静摩擦力方向．
即时巩固
2．某人在平直公路上骑自行车，见前方较远处红色交通信号灯亮起，他便停止蹬车，此后的一小段时间内，自行车前轮和后轮受到地面的摩擦力分别为f前和f后，则 （　　）
A．f前向后，f后向前　　B．f前向前，f后向后
C．f前向后，f后向后 D．f前向前，f后向前
【解析】停止蹬车，自行车自行前进的过程中，前后轮所受摩擦力均为阻力，阻碍自行车相对于地面的运动，故前后轮所受摩擦力均向后，故A、B、D错误，C正确．
【答案】C
考向二　静摩擦力大小的确定
【例3】（多选）如图所示，一质量为m的木块靠在竖直粗糙的墙壁上，且受到水平力F的作用，二者之间的动摩擦因数为μ，下列说法正确的是 （　　）
A．若木块静止，木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向是竖直向上
B．若木块静止，当F增大时，木块受到的静摩擦力随之增大
C．若木块静止，当F增大时，木块受到的最大静摩擦力随之增大
D．若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块受滑动摩擦力作用
【解析】木块静止时，木块受到的摩擦是静摩擦，根据二力平衡，木块受到的摩擦力与重力是一对平衡力，所以受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上，故A正确；若木块静止，不管力F增大多少，受到的摩擦始终是静摩擦，始终等于重力，所以所受静摩擦力不变，故B错误；最大静摩擦力与正压力成正比，所以F增大时，木块受到的最大静摩擦力随之增大，C正确；当撤去F后，木块与墙壁之间没有了弹力，所以木块就不受摩擦力作用了，故D错误．
【答案】AC
题后反思：
同一接触面上摩擦力与弹力间的关系：无弹力必定无摩擦力；有摩擦力必定有弹力；有弹力不一定有摩擦力．
　　【例4】如图所示，质量为20 kg的物体放在水平地面上，已知物体与水平地面间的最大静摩擦力为120 N，动摩擦因数是0．5，物体的一端与一根劲度系数为4×103 N/m的轻质弹簧相连（设弹簧的形变均在弹性限度内，取g＝10 m/s2），问：
　　（1）将弹簧拉长2 cm时，物体受到地面的摩擦力Ff1多大？
（2）将弹簧拉长4 cm时，物体受到地面的摩擦力Ff2多大？
　　（3）物体在水平面上匀速运动时，弹簧形变量Δx多大？
【解析】（1）根据胡克定律F＝kx，当x＝2cm＝0．02m时，F1＝4×103×0．02N＝80N
由于拉力F1小于最大静摩擦力，物体具有向右的运动趋势，此时物体受到地面的静摩擦力大小为Ff1＝80N．
（2）当x＝4cm＝0．04m时，F2＝4×103×0．04N＝160N，大于最大静摩擦力，物体已经运动，这时摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff2＝μFN＝μmg＝0．5×20×10N2＝100N．
　　（3）当物体在水平面上匀速运动时，物体受滑动摩擦力，摩擦力和拉力为一对平衡力，即弹簧拉力F＝μmg＝100N，由F＝kΔx
解得Δx＝m＝0．025m．
【答案】（1）80 N　（2）100 N　（3）0．025 m
方法技巧：求解摩擦力大小的思路
（1）计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力．
（2）静摩擦力用平衡条件计算．
（3）滑动摩擦力用F＝μFN计算或用平衡条件计算．
（4）在没有告诉最大静摩擦力的情况下，常常利用最大静摩擦力跟滑动摩擦力近似相等来分析问题．
即时巩固
3．如图所示，静止在水平桌面上的木块在水平方向受到推力F1、F2和摩擦力Ff的作用．已知F1＝10 N，F2＝2 N，则木块受到的摩擦力大小为 （　　）
A．2 N　　B．10 N　　C．8 N　　D．12 N
【解析】Ff方向水平向左，由平衡条件可得：F1－F2－Ff＝0，可解得Ff＝F1－F2＝8N，故C选项正确．
【答案】C
基础性达标作业
1．关于滑动摩擦力，下列说法正确的是 （　　）
A．滑动摩擦力与物体的重力成正比
B．受滑动摩擦力作用的物体一定是运动的
C．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反
D．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
【解析】滑动摩擦力与物体间的正压力成正比，选项A错误；受滑动摩擦力作用的物体可能是静止的，如木块在桌面上滑动，静止的桌面也受到滑动摩擦力，选项B错误；滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反，阻碍物体间的相对运动，但是与物体运动的方向可能相同，选项C错误，D正确．
【答案】D
2．关于静摩擦力，下列说法中正确的是 （　　）
A．受静摩擦力作用的物体一定是静止的
B．静摩擦力总是阻力
C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反
D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值
【解析】静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间，但物体可以是运动的，所以A错误；静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，但可能与运动方向相同，即静摩擦力可能是动力，所以B错误，C正确；两物体间静摩擦力的大小由平行于接触面的外力决定，因此D错误．
【答案】C
3．如图所示，用水平恒力F推放置在水平面上的物体m，物体保持静止，关于物体受力情况的说法正确的是 （　　）
A．推力大小小于物体所受摩擦力的大小
B．物体所受摩擦力的方向与推力的方向相反
C．物体所受摩擦力的大小可由F＝μFN直接计算
D．物体所受摩擦力为滑动摩擦力
【解析】因为物体保持静止，由二力平衡知，推力大小等于物体所受摩擦力的大小，物体所受摩擦力的方向与推力的方向相反，A错，B对．物体所受摩擦力不是滑动摩擦力，大小不能由F＝μFN计算，C、D错．
【答案】B
4．一物块m在水平力拉动下，沿静止的水平传送带由左端匀速运动到右端，如图甲所示，这时所受摩擦力为F1；现开动机械让传送带向左匀速传动，再次将同样的物块m由传送带的左端以同样的速度匀速拉动到右端，这时所受摩擦力大小为F2，如图乙所示．则F1、F2的大小关系满足 （　　）
甲
乙
A．F1＝F2
B．F1＜F2
C．F1＞F2
D．上述三种情况都有可能
【解析】两种情景下，物块与传送带之间均为滑动摩擦力，只是相对速度不同而已；由滑动摩擦力的计算公式F＝μFN可知，滑动摩擦力的大小与相对速度的大小无关，故选A．
【答案】A
5．（多选）如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff与F的关系如图乙所示，g取10 m/s2，下列说法正确的是 （　　）
甲
乙
A．木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝21 N
B．木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝20 N
C．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0．21
D．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0．2
【解析】木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大，最大静摩擦力Ffm＝21N，当推力F＞21N后，摩擦力为滑动摩擦力，大小为20N，木箱与地面间的动摩擦因数μ＝＝0．2，选项A、D正确．
【答案】AD
6．如图所示，质量为2 kg的物体放在水平地板上，用原长为8 cm的轻质弹簧水平拉该物体，当其刚开始运动时，弹簧的长度为11 cm，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为10．5 cm．已知弹簧的劲度系数k＝200 N/m（g取10 m/s2）．求：
（1）物体所受的最大静摩擦力；
（2）物体所受的滑动摩擦力大小；
（3）物体与地板间的动摩擦因数．
【解析】（1）最大静摩擦力等于刚开始运动时弹簧的拉力，由Ffmax＝F1＝kx1
得Ffmax＝200×0．03N＝6N
（2）滑动摩擦力等于匀速运动时弹簧的拉力
由Ff＝F2＝kx2
得Ff＝200×0．025N＝5N
（3）由Ff＝μFN，FN＝mg
得μ＝＝0．25．
【答案】（1）6 N　（2）5 N　（3）0．25
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