【教师整理】高中物理（人教版）必修一：第三章 第三节 摩 擦 力（共20张PPT）

课件20张PPT。第三章 第三节 摩 擦 力
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　　不“听话”的铅笔
　　伸出两个食指，使两手指平行且位于同一水平面，把一根铅笔放在这两个指头上，这时候使两个指头慢慢地向中间靠拢，通过移动手指的办法来移动铅笔，会发现一个有趣的现象：铅笔总是先相对一指滑动一下，再相对另一指滑动一下，相对两指交替移动，有时动得多，有时动得少．到底哪个手指能够使铅笔移动，完全不受操纵者支配，铅笔似乎很不“听话”．
　　请你思考：
　　1．是什么力使铅笔在手指上发生了移动？是不是摩擦力？
　　2．为什么铅笔总是相对手指交替移动？关键在哪里？
　　3．如果给一只手指戴上一只绒布手套，再做这个实验，跟以前相比，铅笔变得“听话”一些了吗？
　　4．你猜到影响摩擦力大小的因素有哪些了吗？　　基础梳理
　　知识精析
　　一、摩擦力及产生条件
　　1．摩擦力产生的条件是：(1)两物体相互压紧有弹力作用；(2)接触面不光滑；(3)有相对运动或相对运动趋势．这三个条件必须同时满足才有摩擦力产生．
　　2．静摩擦力中的“静”和滑动摩擦力中的“动”都是相对的，指的是接触面之间的相对静止或相对运动，而不是物体对地的运动，因此，静止的物体也可能受到滑动摩擦力作用，而运动的物体也可能受到静摩擦力作用．
　　3．摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势，而不是阻碍物体对地的运动，因此，摩擦力可以是阻力，也可以是动力．
　　4．摩擦力的方向与接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反，但可能与物体的运动方向同向、反向或有一定夹角．例如趴在匀速行驶的火车车厢后壁上的一只壁虎，受到的静摩擦力的方向竖直向上以阻止它的下滑，与运动方向夹角为90°.　　二、静摩擦力的方向与大小
　　1．判断静摩擦力是否存在，可用如下两种方法．
　　(1)条件判断法
　　根据是否满足静摩擦力存在的条件判定，其中“看物体间有没有相对运动趋势”是关键也是难点．
　　相对运动趋势：如果两物体间光滑，物体会发生相对运动，由于两物体间不光滑(有摩擦力)，物体保持相对静止，这样的物体就有“相对运动趋势”．
　　(2)假设法
　　在判断物体间是否存在静摩擦力时，先假设接触面是光滑的，看物体是否会发生相对运动；如果物体仍保持相对静止，则物体不受静摩擦力，反之则受静摩擦力．　　2．静摩擦力的方向一定沿接触面，与物体相对运动趋势方向相反．相对运动趋势方向可以采用假设法判断：假设接触面光滑，原来保持相对静止但有相对运动趋势的物体，就有了相对运动，物体的运动方向也就是原来的相对运动趋势方向．另外也可以用二力平衡条件判定，如图14-1所示，用手握住酒瓶静止不动时，由二力平衡知，手对酒瓶的静摩擦力一定竖直向上(与重力反向)．
　　　　　　　　　　　　　　　　图14-1　　3．静摩擦力的大小没有固定的计算公式，这一点与滑动摩擦力是不同的，静摩擦力的大小随着相对运动趋势强弱变化而在0到最大静摩擦力Fmax之间变化，跟接触面相互挤压的力无直接关系，求解大小时一般用平衡条件(当然，当我们学习了牛顿运动定律后，也可用牛顿运动定律求解)．而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，无特殊说明时，可认为它们的数值相等．
　　三、滑动摩擦力的大小计算
　　1．公式法：根据公式F=μFN计算．
　　说明：(1)公式中的FN是两个物体表面间的压力，称为正压力(垂直于接触面的力)，性质上属于弹力，它不是物体的重力，许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定．
　　(2)式中的μ为动摩擦因数，与材料和接触面的粗糙程度有关，与接触面的大小无关．
　　(3)滑动摩擦力F的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小也无关．
　　2．二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速、静止)时，根据二力平衡条件求解．　　方法指导
　　一、理解摩擦力
　　例1　下列说法正确的是(　　)
　　A．两个互相接触的物体之间一定有弹力作用
　　B．一个物体静止在另一个物体的表面上，它们之间一定不存在摩擦力的作用
　　C．两个物体之间如果有弹力的作用，就一定有摩擦力的作用
　　D．两个物体之间如果有摩擦力的作用，就一定有弹力的作用　　解析　准确理解摩擦力的概念是解答此类问题的关键，具体分析如下：
　　答案　D　　二、摩擦力的判定
　　例2　如图14－2所示，A、B两物体竖直叠放在水平面上，今用水平力F拉B物体，两物体均静止，那么物体A是否受静摩擦力作用呢？
图14-2
　　解析　由于力作用在物体B上，且A、B均静止，故A相对B无运动趋势，所以物体A不受静摩擦力作用．
　　该题还可以用假设法：假设A受到静摩擦力作用，该摩擦力方向一定与接触面平行，即沿水平方向．根据力的作用效果知，A物体在摩擦力作用下不可能处于平衡状态，与题意是矛盾的，故A物体不受静摩擦力作用．
　　答案　不受　　变式训练1
　　(1)在例2的已知条件下，若用水平力F作用于A物体，两物体均静止，那么A、B两物体所受静摩擦力情况如何？
　　(2)在例2的已知条件下，若两大小相等的水平力F分别作用于物体A、B上．如图14-3所示，两物体均静止，A、B两物体所受静摩擦力的情况又如何？
图14-3　　解析　(1)假设A、B接触面光滑，A物体在力F作用下向右运动．由此可得：A相对于B有向右运动的趋势，A受静摩擦力方向向左，而B相对于A有向左运动的趋势，B受A的静摩擦力方向向右；将A、B看做一个整体，易知B相对地面有向右运动的趋势，地面给B的静摩擦力方向向左．
　　(2)A物体在力F作用下相对于B有向左滑的趋势，所以B对A的静摩擦力方向向右，B相对于A有向右运动的趋势，所以A对B的静摩擦力方向向左；取A、B为一整体，因两水平外力作用效果相抵消，B相对于地面无相对运动趋势，所以B与地面间无静摩擦力．
　　答案　(1)A受B的静摩擦力水平向左，B受A的静摩擦力水平向右，B受地面的静摩擦力水平向左．
　　(2)A受B的静摩擦力水平向右，B受A的静摩擦力水平向左，地面与B之间无静摩擦力．　　三、摩擦力大小的计算
　　例3　如图14-4所示，用水平力F将一个木块压在竖直墙壁上，已知木块重G=6 N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ=0.25.问：

图14-4
　　(1)当F=25 N时，木块没有动，木块受到的摩擦力为多大？
　　(2)当F增大为30 N时，木块仍静止，木块受到的摩擦力为多大？
　　(3)当F=10 N时，木块沿墙面下滑，此时木块受到的摩擦力为多大？
　　(4)当F=6 N时，木块受到的摩擦力又为多大？　　解析　(1)对木块进行受力分析，木块没动，说明木块处于平衡状态，根据二力平衡条件知，木块受的静摩擦力一定和重力大小相等，方向相反，F1＝6 N.
　　(2)当F增大为30 N时，木块与墙壁之间仍然是静摩擦力，这个力与重力相平衡，因此F2＝6 N.
　　(3)当F＝10 N时，木块沿墙面下滑，此时木块和墙面之间是滑动摩擦力，F3＝μFN＝0.25×10 N＝2.5 N.
　　(4)当F＝6 N时，木块与墙之间仍是滑动摩擦力，F4＝μFN＝0.25×6 N＝1.5 N.
　　答案　(1)6 N　(2)6 N　(3)2.5 N　(4)1.5 N
　　点评 (1)求解静摩擦力的大小时，要先对物体进行受力分析，然后根据平衡条件求出大小．
　　(2)应用公式F＝μFN求滑动摩擦力的大小时，关键是求解FN，一般情况下，只要在垂直于接触面方向上进行受力分析，再应用平衡条件即可求出．要特别注意：FN不一定等于mg.　　变式训练2
　　如图14-5所示，质量为m的木块被水平推力压着，静止在竖直墙壁上，若将推力F的大小增加到2F，则(　　)
　　　　　　　　　　　图14-5
　　A．木块所受墙面的弹力增加到原来的2倍
　　B．木块所受墙面的摩擦力增加到原来的2倍
　　C．木块所受墙面的摩擦力方向向下
　　D．木块所受墙面的摩擦力不变　　解析　应用二力平衡来判断物与墙的弹力和摩擦力情况，由于木块是静止的，因此木块与墙之间的摩擦力应为静摩擦力．木块在水平方向受到推力F和墙对它的弹力FN，它们是一对平衡力，即FN＝F，则当F增加到2F时，FN也增加到2F.在竖直方向上，木块的重力与墙面对木块的静摩擦力是一对平衡力，即木块受到墙面的摩擦力恒等于木块重力．物体相对墙壁有向下的运动趋势，因而静摩擦力方向沿墙壁向上．综上所述，只有选项A、D正确．
　　答案　AD
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　　育才老师与细心同学的对话
　　育才：学过摩擦力之后，就可以应用摩擦力的知识解释前面小实验中观察到的现象了．请问细心同学，铅笔压在两个手指上，对每一个指头的压力有可能完全相同吗？
　　细心：我想铅笔重心不会恰好在两指的正中央，这样铅笔对手指的压力总是一个力大于铅笔重力的一半，一个力小于铅笔重力的一半，如图14－6所示．
图14-6　　育才：对，正是因为正压力不同，而两个指头又是一模一样的，才造成了两指对铅笔的摩擦力不同．
　　细心：当重心偏向左指一侧时，左指对铅笔的最大静摩擦力就大于右指对铅笔的最大静摩擦力，此时企图用右指移动铅笔时，右指就相对铅笔滑动，而铅笔保持不动，所以铅笔是不听右指的使唤的．
　　育才：既然明白了什么情况下铅笔不听右指的使唤，当然就不用老师解释在什么情况下铅笔不听左指使唤了．
　　细心：原来铅笔“没听操纵者的话”，铅笔“听的是摩擦力的话”．
　　育才：在一只手指上戴上一只绒布手套后，相当于增大了戴着手套的这只手指与笔杆间的粗糙程度，用这个指头移动起铅笔，当然“得心应手”．这一个小实验实际上是让我们体会了与摩擦力相关的两个因素．　　育才：请问细心同学，还想更多了解一些与摩擦有关的知识吗？
　　细心：好啊！
　　育才：利用振动使正压力瞬间消失从而克服摩擦力的方法应用很广泛．农民往口袋里装粮食，为了把口袋装得实一些，常常把口袋摇一摇，晃一晃，蹾一蹾，这样就能够克服谷粒之间的摩擦力，使谷粒下沉，口袋里就可以多装一些粮食．建筑工人在浇筑混凝土的时候，为了把水泥砂石捣实，把振动器放入混凝土中，让它不停地振动，砂石就能够克服彼此之间的摩擦力，从而充满模具内每一个角落．
　　细心：振动器？莫非就是建筑工地上发出让人讨厌的嗡嗡声、吵得人难以入睡的家伙．现在听老师这么说，我对这个可恶的东西似乎萌生好感了．
　　育才：当然，并不是所有的振动都有益，振动减小摩擦也会带来危害，建筑钢铁大桥尽量用铆钉而不用螺栓，一个重要的原因就是车辆过桥会使大桥振动，引起螺栓松动，容易造成事故．　　细心：老师喋喋不休地“诲人不倦”，弟子只好硬着头皮“学而不厌”喽！
　　育才：上面这些仅仅作为了解，希望能起到开阔视野的作用．下面给同学们介绍一个通过改变压力而使摩擦力改变的实例．
　　找一块木板，把木板的一头垫高一些，使木板略微倾斜，然后，把一只墨水瓶放在木板上，因为存在摩擦力，墨水瓶不能下滑．但是，当你轻轻敲打木板的时候，墨水瓶会一点一点地滑下来．
　　细心：我想墨水瓶滑下来的原因应该是这样的：木板受到敲打的时候会振动起来，墨水瓶会微微跳起，在墨水瓶不与木板接触的短暂时间里，它和木板之间的正压力几乎为零，摩擦力也几乎为零，于是，墨水瓶就向下滑落一点，不停地敲打木板，墨水瓶就会一点一点地滑落下来了．
　　育才：嗯，真聪明！