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人教版(2019)物理必修一同步学习笔记:3.2摩擦力
一、滑动摩擦力
1.滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触挤压(即有弹力).
(2)物体间的接触面不光滑.
(3)两物体间存在相对运动.
2.滑动摩擦力的方向
(1)在接触面上,与接触面相切,且与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.
3.滑动摩擦力的大小
(1)公式法:根据公式Ff=μFN计算.
①正压力FN是物体与接触面间的压力,不一定等于物体的重力,FN的大小根据物体的受力情况确定.
②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关,而与物体间的压力、接触面的大小无关.
(2)二力平衡法:物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时,根据二力平衡条件求解.
二、静摩擦力
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的趋势.
2.静摩擦力的方向
(1)在接触面上与接触面相切,且与物体相对运动趋势的方向相反.
(2)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时,与使物体产生相对运动趋势的外力方向相反.
说明:静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,与运动方向可能相同,也可能相反.
3.静摩擦力的大小
(1)范围:0<F≤Fmax.
(2)计算:物体做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.
三、摩擦力大小的计算
摩擦力大小的计算思路
1 首先要判定是静摩擦力还是滑动摩擦力.
2 对于静摩擦力:物体处于匀速直线运动或静止状态时,可以根据二力平衡条件求解.
3 对于滑动摩擦力:根据公式法或二力平衡条件求解.
考点一 对摩擦力的理解
1.关于摩擦力的说法正确的是( )
A.接触面粗糙的两个物体,只有发生相对滑动时,才会有摩擦力
B.摩擦力总是与运动方向相反
C.摩擦力不可能是物体运动的动力
D.静止的物体可能受到滑动摩擦力,运动的物体可能受到静摩擦力
【详解】A.发生相对滑动时存在滑动摩擦力,没有发生相对滑动时也有可能存在静摩擦,A错误。
B.滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反,静摩擦力的方向与相对运动的趋势方向相反,B错误。
C.摩擦力既可以充当动力,也可以充当阻力,C错误。
D.静摩擦力与滑动摩擦力与相对运动有关,与物体对地运动无关,D正确。
故选D。
考点二 摩擦力的大小
2.如图甲所示,通过一拉力传感器(能测量力大小的装置)水平向右拉一水平面上质量为5.0kg的木块,A端的拉力均匀增加,时间内木块静止,木块运动后改变拉力,使木块在后做匀速直线运动。计算机对数据拟合处理后,得到如图乙所示拉力随时间变化的图线,下列说法正确的是(取)( )
A.当时,木块与水平面间的摩擦力
B.若继续增大拉力至,则木块与水平面间的摩擦力
C.木块与水平面间的动摩擦因数为
D.木块与水平面间的动摩擦因数为
【详解】A.由图可知,物体的最大静摩擦力为,当外力小于最大静摩擦力时,物体静止,受力平衡有
故A错误;
B.由图可知,物体的最大静摩擦力为,当外力大于最大静摩擦力时,物体滑动,此时物体受的摩擦力为滑动摩擦力,大小由图可知为8N,故B错误;
CD. 物体滑动摩擦力大小由图可知为8N,有
故C正确D错误。
故选C。
3.木块A、B分别重60N和80N,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.30,夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了4cm,弹簧的劲度系数为400N/m,系统置于水平地面上静止不动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,现用的水平拉力作用在木块B上,如图所示,则F作用后木块A、B所受摩擦力的大小分别为( )
A.16N,20N B.18N,20N C.18N,24N D.16N,24N
4.如图所示,质量为m=10kg的物体放在水平面上,在方向相反的水平力F1=18N、F2=10N的作用下处于静止状态。已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2,当撤去力F1时,水平面对物体的摩擦力大小和方向为( )
A.18N,水平向左 B.18N,水平向右
C.10N,水平向左 D.10N,水平向右
5.如图所示,A为长木板,在水平面上以速度向右运动,物块B在木板A的上面以速度向右运动,下列判断正确的是( )
A.若是,A受到了B所施加的向右的滑动摩擦力
B.若是,A受到了B所施加的向右的滑动摩擦力
C.若是,B受到了A所施加的向右的滑动摩擦力
D.若是,B受到了A所施加的向左的滑动摩擦力
6.如图所示,重为500N的沙发放在水平地面上,某同学沿水平方向推沙发,当水平推力大小为90N时沙发恰好开始运动。沙发运动后,用75N的水平力即可使沙发保持匀速直线运动。以下说法正确的是( )
A.沙发与地面之间的动摩擦因数为0.18
B.若用80N的水平力推静止的沙发,沙发所受的摩擦力大小为75N
C.若用100N的水平力推静止的沙发,沙发所受的摩擦力大小为100N
D.若用50N的水平力推已经运动的沙发,沙发所受的摩擦力大小为75N
7.如图所示,在同一水平面上,用大小不同的水平推力推木块做匀速直线运动,在三种放置情况下,木块Q受到地面的摩擦力分别为、、,则( )
A. B. C. D.
8.如图所示,A、B两物块叠放在水平地面上,下列说法正确的是( )
A.A对B的压力是由于A的形变产生的
B.地面对B的支持力是由于B的形变产生的
C.对B施加水平向右的推力,A、B均保持静止,则A不受摩擦力
D.对B施加水平向右的推力,A、B均保持静止,则A受到的摩擦力向左
9.如图所示,质量为2kg的物体在水平面上以10m/s的初速度向右做匀减速直线运动,当速度减至6m/s时,在物体上加一水平向左、大小为3N的拉力F,已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.3,取重力加速度大小g=10N/kg。下列说法正确的是( )
A.F作用前,物体所受的摩擦力方向向右
B.F作用前,物体所受的摩擦力大小为6N
C.F作用后,物体停止前,物体所受的摩擦力方向向左
D.F作用后,物体停止前,物体所受的摩擦力大小为3N
10.打印机在正常工作的情况下,进纸系统能做到每次只进一张纸。进纸系统的结构示意图如图所示,设图中刚好有20张相同的纸,每张纸的质量均为m,搓纸轮按图示方向转动并带动最上面的第1张纸向右运动,搓纸轮与纸张之间的动摩擦因数为1,纸张与纸张之间、纸张与底部摩擦片之间的动摩擦因数均为μ2,工作时搓纸轮给第1张纸压力大小为F。打印机正常工作时,下列说法正确的是( )
A.第2张纸受到第3张纸的摩擦力方向向左
B.第10张纸与第11张之间的摩擦力大小可能为μ2(F+10mg)
C.第20张纸与摩擦片之间的摩擦力为μ2(F+mg)
D.若μ1=2,则进纸系统不能进纸
11.下列关于摩擦力的说法正确的是( )
A.静摩擦力可以是阻力也可以是动力
B.受到静摩擦力作用的物体一定是静止的
C.自行车在前进过程中,前后轮受到摩擦力均向前
D.有滑动摩擦力就一定有压力,滑动摩擦力总是与接触面上的正压力垂直
12.画出下图中物体A的受力示意图。
(a)物体A静止,接触面粗糙;
(b)A沿粗糙斜面上行;
(c)A沿粗糙水平面滑行:
(d)接触面光滑,A静止;
(e)A物体静止。
13.在探究滑块与平板小车间的摩擦因数实验中,某同学设计了如下实验装置。如甲图所示,力传感器A与计算机相连,可获得力随时间变化的规律。将力传感器固定在水平桌面上,测力端通过细绳1与滑块相连,滑块放在较长平板小车右端,滑块的质量,小车的质量为M。另一根细绳2跨过定滑轮,其一端连接小车,另一端系一只空沙桶,初始整个装置处于静止状态,(重力加速度取)。
(1)时刻开始缓慢向沙桶里倒入沙子,当小车刚开始运动时,立即停止倒沙子。传感器测得力的结果如图乙所示。则可求得滑块与小车间的动摩擦因数为________;从图乙还可以看出本实验中滑块与小车间的最大静摩擦力为________N。
(2)实验时如果发现桌面粗糙,则你认为对求的有何影响________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
14.用一轻弹簧把物体竖直拉起稳定时弹簧伸长了x1=10cm,然后把物体放在水平地板上,沿水平方向拉该物体,当物体刚开始运动时,弹簧伸长了x2=3cm,当拉着物体匀速前进时,弹簧伸长了x3=2cm,已知弹簧的劲度系数为k=200N/m,求:
(1) 物体所受的最大静摩擦力;
(2) 物体和地板间的动摩擦因数。
15.如图所示质量A=50kg与B=10kg的两箱子重叠放置在水平地面上,某同学正以F=150N的水平推力作用在A箱上推着两箱子以相同速度沿水平方向匀速滑行,(取g=10m/s2)则:
(1)试判定AB箱间是否有摩擦力,若有求出其大小;
(2)求A箱与地面之间的动摩擦因数;
(3)在A、B箱静止时,若该同学用F=100N的水平力推箱A,求该情况下地面对箱A的摩擦力大小。
3.A
【详解】木块受到的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,木块A受到的最大静摩擦力
木块B受到的最大静摩擦力
弹簧对木块A、B的弹力为
对于木块A,弹簧对木块A的弹力小于木块A受到的最大静摩擦力,所以木块A处于静止状态,根据平衡可得A受到静摩擦力
对于木块B,在水平方向拉力F和弹簧对木块B的弹力的合力为
所以木块B处于静止状态,根据平衡可得B受到静摩擦力为
故选A。
4.D
【详解】物体与水平面间的最大静摩擦力为
当撤去力F1,由于
可知物体处于静止状态,受到的静摩擦力大小等于F2,即10N,方向水平向右。
故选D。
5.A
【详解】AC.若,则B相对A向右运动,故B受到了A所施加的向左的滑动摩擦力,根据牛顿第三定律,可知A受到了B所施加的向右的滑动摩擦力,A正确,C错误;
BD.若,则A相对B向右运动,故B对A施加向左的滑动摩擦力,根据牛顿第三定律,B受A所施加的向右的滑动摩擦力,BD错误。
故选A。
6.D
【详解】A.沙发与地面之间的动摩擦因数为
故A错误;
B.由于推力小于最大静摩擦力,由平衡条件得
故B错误;
C.推力大于最大静摩擦力,沙发运动,则摩擦力为滑动摩擦力,即75N。故C错误;
D.沙发在运动,则所受的摩擦力大小为75N。故D正确。
故选D。
7.B
【详解】推动木块做匀速直线运动,且木块Q受到地面的摩擦力是滑动摩擦力,由滑动摩擦力的公式可得
则有
故选B。
8.AC
【详解】A.弹力由施力物体发生形变而产生的,故A对B的压力是由于A的形变产生的,故A正确;
B.地面对B的支持力是由于地面的形变产生的,故B错误;
CD.对A受力分析,水平方向不受外力,故C正确,D错误。
故选AC。
9.BC
【详解】AC.物体所受的滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反,所以在力F作用前或F作用后,物体停止前,摩擦力的方向都是向左的,A错误,C正确;
BD.F作用前或F作用后,物体停止前,物体受到的均为滑动摩擦力,大小为
B正确,D错误。
故选BC。
10.ACD
【详解】A.第2张纸相对第3张纸向右运动,所以第2张纸受到第3张纸的摩擦力方向向左,选项A正确;
BC.工作时搓纸轮给第1张纸压力大小为F,第1张纸对第2张纸的压力为F+mg,所以第2张以下的纸没有运动,只有运动趋势,所以第2张以下的纸之间以及第20张纸与摩擦片之间的摩擦力均为静摩擦力,大小均为μ2(F+mg),选项B错误,C正确;
D.搓纸轮与第1张纸之间的摩擦力为μ1F,第1张纸受到第2张纸的滑动摩擦力为μ2(F+mg),若μ1=μ2,则有
μ1F<μ2(F+mg)
搓纸轮与第1张纸之间会发生相对滑动,不会进纸,打印机不会正常工作,选项D正确。
故选ACD。
11.AD
【详解】A.静摩擦力和滑动摩擦力都可以是动力,也可以是阻力,故A正确;
B.受到静摩擦力作用的物体与施力物体一定是保持相对静止的,对地不一定静止,例如随加速运动的水平传送带一起运动的物体,故B错误;
C.自行车在前进过程中,前轮受到的摩擦力向后,后轮受到摩擦力向前,故C错误;
D.有压力才能产生摩擦力,滑动摩擦力总是与接触面上的正压力垂直,故D正确。
故选AD。
12.(a);(b);(c);(d);(e)
【详解】(a)[1]根据平衡条件分析可知。物体受力示意图如下
(b)[2]根据物体运动情况分析可知。物体受力示意图如下
(c)[3]根据物体运动情况分析可知。物体受力示意图如下
(d)[4]根据平衡条件分析可知。物体受力示意图如下
(e)[5]根据平衡条件分析可知。物体受力示意图如下
【点睛】分析受力时,要注意根据各个力产生的条件,判断其是否存在,按照“一重二弹三摩擦四其他”的顺序进行分析。
13. 0.15 3.5 无影响
【详解】(1)[1][2]由图乙可知,滑动摩擦力的大小为3N,滑块重力为20N。根据
可得摩擦因数为0.15,从图乙中还可以看出滑块与小车间的最大静摩擦力为3.5N。
(2)[3]本实验滑块静止,受到滑动摩擦力和绳子拉力保持平衡,因此只要滑块的重力不变则滑动摩擦力不变,因此桌面粗糙,不影响滑动摩擦力的测量,故对的测量没影响。
14.(1)6N;(2)0.2
【详解】(1)当物体刚开始运动时,受到的摩擦力是最大静摩擦力,由平衡条件得
(2)根据平衡条件得
解得
15.(1)AB箱间没有摩擦力;(2)0.25;(3)100N
【详解】(1)因AB一起匀速直线运动,A与B之间没有相对运动趋势,因此AB间没有摩擦力。
(2)选AB作为整体,因匀速直线运动,则滑动摩擦力大小等于推力F,即为150N,则由滑动摩擦力公式可得
(3)一般认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,由题意可得该同学用F=100N的水平力推箱A,小于最大静摩擦力,则所受摩擦力为静摩擦力,由平衡条件,则地面对箱A的摩擦力大小为
f′1=100N
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
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