高中物理 教科版必修1 第二章第4节《摩擦力》教学案

2.4　摩擦力
[目标定位]
1.知道摩擦力的定义及分类
2.理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件.
3.会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小.
4. 知道最大静摩擦力的概念及静摩擦力的取值范围．
一、摩擦力
两个相互接触并发生挤压的物体之间产生的阻碍相对运动的力．
二、滑动摩擦力
1．定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对运动时，每个物体的接触面上都会受到对方作用的阻碍相对运动的力．
2．产生条件
(1)两物体接触且挤压，即存在弹力；
(2)接触面不光滑；
(3)两物体间存在相对运动．
3．大小_
实验表明：两个物体间的滑动摩擦力f的大小 ( http: / / www.21cnjy.com )跟正压力(两物体接触面间的垂直作用力)N成正比，即f＝μN.μ叫做动摩擦因数，它的大小与两个接触面的材料和粗糙程度有关，它没有单位．
4．滑动摩擦力的方向
总跟接触面相切，并跟物体相对运动的方向相反．
　想一想：
若物体受到摩擦力作用，则一定受弹力作用吗？
答案　一定　产生摩擦力的条件是：两个物体接触且挤压；发生相对运动或具有相对运动趋势；接触面粗糙．所以受到摩擦力时一定受到弹力作用．
三、静摩擦力
1．定义：两个彼此接触且相互挤压的物体之间没有发生相
对滑动．但它们之间存在相对运动的趋势时，在它们的接触面上会产生一种阻碍物体间发生相对运动趋势的力，这种力叫做静摩擦力．
2．产生条件
(1)两物体接触且挤压，即存在弹力；
(2)接触面不光滑；
(3)两物体间有相对运动趋势．
3．方向：与接触面相切，跟物体的相对运动趋势方向相反．
4．大小：由物体的运动状态和周围物体对它施加的力的情况决定，但有一个最大值．
5．最大静摩擦力：静摩擦力的最大值fm，其大小等于物体将要发生相对运动时的摩擦力．
两物体间实际发生的静摩擦力f在零和最大静摩擦力f静max之间，即0想一想1：
受静摩擦力作用的物体一定静止吗？
答案　不一定静止　可能静止，可能匀速运动，可能加速运动，还可能减速运动．
想一想2：
如图241所示，跑步时，脚受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？方向如何？
图241
答案　跑步时，脚和地面接触的时间内，脚并没有和地面发生相对运动，因此脚受到的摩擦力为静摩擦力，方向和人的运动方向相同.
一、对滑动摩擦力的理解
1．滑动摩擦力的产生条件：(1)两物体间有弹力；(2)接触面不光滑；(3)两物体发生了相对运动(滑动)．
2．大小：(1)两个物体间滑动摩擦力的大小f与正压力N成正比，即f＝μN.
(2)对公式f＝μN的理解与应用
①公式中的μ是比例常数叫做动摩擦因数，反映 ( http: / / www.21cnjy.com )接触面本身的特性，与接触面的材料、粗糙程度有关，与接触面积大小、物体的运动状态、物体的受力情况均无关，没有单位．
②公式中的N是两个物体接触面间的压力，俗称“正压力”(垂直于接触面的力)，压力的大小在许多情况下需结合物体的平衡条件加以确定．
③滑动摩擦力f大小与N成正比，与物体的运动状态无关．
3．方向：滑动摩擦力的方向总是跟两物体的接触面相切并且跟它们相对运动的方向相反．
注意：(1)与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向”相反．
(2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动，而不是阻碍物体的运动．
例如：如图242所示，物体A、B都向右运动 ( http: / / www.21cnjy.com )，速度分别为vA＝1 m/s，vB＝2 m/s. 则A受到B向右的滑动摩擦力F1，是动力；B受到A向左的滑动摩擦力F2，是阻力．
图242
例1　(2013～2014吉林高一月考)有关滑动摩擦力，下列说法中正确的是(　　)
A．有压力一定有滑动摩擦力
B．有滑动摩擦力一定有压力
C．滑动摩擦力总是与接触面上的压力垂直
D．只有运动物体才受滑动摩擦力
解析　产生滑动摩擦力的条件 ( http: / / www.21cnjy.com )有三个：正压力(相互接触且挤压)、接触面粗糙、发生相对滑动，缺一不可．由产生条件可知，A错、B正确．滑动摩擦力方向与接触面相切，而压力垂直于接触面，所以滑动摩擦力方向跟接触面所受压力垂直，C正确．如擦黑板时，黑板是静止的，但相对黑板擦是运动的，也受滑动摩擦力，所以关键是“相对运动”，故D错误．
答案　BC
例2　(2013乐山期中)如图243所示，当水平拉力为F＝40 N时，质量为m＝10 kg的木板可以在水平面上匀速前进．若在木板上再放一个质量为M的铁块，为使它们匀速前进，需加的水平拉力为60 N，求铁块的质量M.(取g＝10 N/kg)
图243
解析　当拉力F＝40 N时，滑动摩擦力f＝40 N，
木板对水平面的压力N＝mg＝100 N，
由f＝μN得，动摩擦因数μ＝＝0.4.
当拉力F′＝60 N时，
木板对水平面的压力N′＝(10 kg＋M)g
摩擦力f′＝60 N，
再由f′＝μN′得60 N＝0.4×(10 kg＋M)g，
解得M＝5 kg.
答案　5 kg
二、对静摩擦力理解
1．产生的条件：(1)接触面是粗糙的；(2)两物体有相对运动的趋势；(3)两物体在接触面上有正压力(弹力)．
2．大小：
(1)静摩擦力具有被动性，即其大小总随迫使物体发生相对运动的外力的变化而变化，与正压力大小无关．
(2)静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦力f静max，静摩擦力的范围是0(3)静摩擦力的大小一般根据平衡条件法 ( http: / / www.21cnjy.com )求解．如图244中水平力F＝1 N、2 N、3 N时物块没有运动，静摩擦力大小分别为1 N、2 N、3 N.
图244
3．方向：静摩擦力的方向必定和接触面相切，总与相对运动趋势的方向相反．
注意：(1)与“相对运动趋势的方向相反”，并不是与“运动方向”相反，静摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动，并不是阻碍物体的运动．
例如：如图245所示，货物被传送带 ( http: / / www.21cnjy.com )由低处传送到高处的过程中(传送带匀速转动，货物和传送带相对静止)，此时，物体受到静摩擦力的方向沿斜面向上，与运动方向相同，是动力．
图245
例3　(2013浙江高一期末)关于静摩擦力的说法，正确的是(　　)
A．两个相对静止的物体间一定有静摩擦力的作用
B．受静摩擦作用的物体一定是静止的
C．在物体间压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度
D．静摩擦力一定是阻力
解析　当两个物体有相对运动趋势时才 ( http: / / www.21cnjy.com )有可能产生静摩擦力，A错；受静摩擦作用的物体有可能是运动的，比如人走路时，受到的就是静摩擦力，B错；在物体间压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度，这个限度就是最大静摩擦力，C对；静摩擦力可能是阻力也可能是动力，D错．
答案　C
借题发挥　通常情况下，静摩擦力的方向可能和物 ( http: / / www.21cnjy.com )体运动的方向相反，此时静摩擦力是阻力；但静摩擦力的方向也可能和物体运动方向相同，此时静摩擦力作为动力．不管静摩擦力的方向与运动方向是相同还是相反，其方向一定是与物体间相对运动趋势的方向相反．不管静摩擦力是动力还是阻力，其一定是阻碍物体间的相对运动趋势．
例4　如图246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，下列说法正确的是 (　　)
图246
A．若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上
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．若木块沿墙壁向下运动，则墙壁对木块的摩擦力大小为μF
D．若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块不受滑动摩擦力作用
解析　若木块静止，则木块受 ( http: / / www.21cnjy.com )到的静摩擦力与mg平衡，大小为mg，方向竖直向上，故A正确，B错误；木块沿墙壁向下运动，墙对木块的摩擦力大小为μFN＝μF，故C正确；当撤去F时，墙与木块间无弹力，则木块不受摩擦力作用，故D正确．
答案　ACD
例5　质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如图247所示，物体与地面间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力视为相等，给物体一水平推力F.(取g＝10 N/kg)
图247
(1)当推力大小为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
(2)当推力大小为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
(3)物体运动过程中突然把推力去掉，此时地面对物体的摩擦力是多大？
解析　在地面上，FN＝m ( http: / / www.21cnjy.com )g，则滑动摩擦力(即最大静摩擦力Fmax)大小为Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N．(1)当推力F＝5 N时，FFmax，物体滑动．则地面对物体的滑动摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10 N．(3)运动过程中把推力去掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小F滑′＝10 N.
答案　(1)5 N　(2)10 N　(3)10 N
借题发挥　求解物体受到的摩擦力大小时，要先判断物体是受到的静摩擦还是滑动摩擦.
对滑动摩擦力的理解
1．(2013四川高一期末)以下关于滑动摩擦力的说法正确的是(　　)
A．滑动摩擦力总是与物体相对运动方向相反
B．滑动摩擦力总是阻碍物体的运动
C．静止的物体不可能受到滑动摩擦力的作用
D．运动的物体一定受到的是滑动摩擦力
解析　滑动摩擦力的方向总是阻碍物体间的 ( http: / / www.21cnjy.com )相对运动，故与相对运动的方向相反，A正确；滑动摩擦力可以是阻力也可以是动力，B错误；静止的物体可能受到滑动摩擦力的作用，例如：木块在地上滑动，地面静止，但受滑动摩擦力作用，C错误；发生相对运动的物体才可能受到滑动摩擦力作用，运动的物体可能受到静摩擦力也可能受到滑动摩擦力作用，还有可能不受摩擦力作用，D错误、故选A.
答案　A
2．(2013～2014河北高一月考) ( http: / / www.21cnjy.com )装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出，如图248所示，则在匀速拖出的过程中(　　)
图248
A．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，摩擦力逐渐减小
B．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，拉力逐渐减小
C．平台对材料的支持力逐渐减小，摩擦力逐渐减小
D．材料与平台之间的动摩擦因数不变，支持力也不变，因而工人拉力也不变
解析　匀速拉动的过程只能持续到重心 ( http: / / www.21cnjy.com )离开台面的瞬间，物体的重心在台面上，故物体对台面的压力不变，故物体受到的支持力不变，故C错误；而在拉动过程中动摩擦因数不变，由F＝μFN可知摩擦力是不变的，故A、B错误；因为摩擦力不变，物体做匀速直线运动，摩擦力不变，所以工人的拉力是不变的，故D正确、故选D.
答案　D
对静摩擦力的理解
3．关于静摩擦力的有关说法正确的是(　　)
A．只有静止的物体才可能受静摩擦力
B．有相对运动趋势的相互接触的物体间有可能产生静摩擦力
C．产生静摩擦力的两个物体一定相对静止
D．静摩擦力可以是动力
解析　静摩擦力产生在具有相对运动趋势的、 ( http: / / www.21cnjy.com )相互接触且接触面粗糙的物体之间，物体可能静止，也可能运动，方向可能与运动方向相同(充当动力)，也可能与运动方向相反(充当阻力)，故选B、C、D.
答案　BCD
4．如图249所示，有一重力不计的方 ( http: / / www.21cnjy.com )形容器，被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态，现缓慢地向容器内注水，直到将容器刚好盛满为止，在此过程中容器始终保持静止，则下列说法中正确的是(　　)
图249
A．容器受到的摩擦力不变
B．容器受到的摩擦力逐渐增大
C．水平力F可能不变
D．水平力F必须逐渐增大
解析　由题知物体处于静止状态，受力平衡 ( http: / / www.21cnjy.com )，摩擦力等于容器和水的总重力，所以随着水的增多，容器受到的摩擦力逐渐增大，故A错误，B正确；水平方向受力平衡，力F可能不变，故C正确，D错误．故选B、C.
答案　BC
摩擦力问题的的综合分析
5．用20 N的水平力在水平地 ( http: / / www.21cnjy.com )面上拉重60 N的物体时，物体恰能被拉动；物体运动后只需18 N的拉力即可使物体做匀速直线运动．该物体静止在水平地面上，若用15 N的水平力拉该物体，物体受到的摩擦力大小为________；若用30 N的水平力拉该物体，物体受到的摩擦力大小为________；物体与地面间的动摩擦因数为________．
解析　水平力为20 N时恰能拉动，说明 ( http: / / www.21cnjy.com )最大静摩擦力Fmax＝20 N．若用F1＝15 N的力拉物体，由于F1＜Fmax，故物体不会相对于地面滑动，物体受静摩擦力的作用，由二力平衡得物体此时受到的摩擦力F静＝F1＝15 N，又因为物体运动后只需18 N的拉力即可使物体做匀速直线运动，故F滑＝18 N，当用F2＝30 N的力拉物体时，F2＞Fmax，物体受滑动摩擦力，大小为F滑＝18 N．又由F滑＝μFN得μ＝＝＝0.3.
答案　15 N　18 N　0.3