粤教版高中物理必修第一册第三章相互作用第三节摩擦力课件（39页PPT）

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第三章　相互作用
第三节　摩擦力
1.通过分析摩擦现象，理解摩擦力产生的条件，会区分滑动摩擦力、 静摩擦力.
2.会根据相对运动(趋势)方向判断摩擦力的方向，并会计算摩擦力的大小.
3.知道生产生活中增大或减小摩擦力的实例，有将摩擦力相关知识应 用于生产和生活的意识.
学习任务一 滑动摩擦力
教材新知梳理
1. 定义：在滑动摩擦中，在接触面上产生的 物体 的作 用力，叫作滑动摩擦力.
阻碍　
相对运动　
相对运动　
相反　
相
切　
压力FN　
μFN　
动摩擦因数　
材料　
粗糙程
度　
关键核心突破
　　大家都见过猫，不少同学们喜欢逗小猫玩.如图所示.
(1)猫从竖直的树上匀速滑下受什么方向的摩擦力？
提示：(1)因为是匀速滑动，所以受向上的滑动摩擦力.
(2)猫从该竖直的树上匀速滑下时摩擦力大小是多少？
(2)滑动摩擦力大小与猫所受重力大小相等.
(3)若猫从该竖直的树上一步步缓慢走下来，受到的摩擦力是多大？是静摩擦 力还是滑动摩擦力？
(3)等于重力大小，是静摩擦力.
1. “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方向 相反.所以发生相对运动的物体不一定都处于运动状态，可能是因为另一个物 体在运动.
2. 滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触且挤压.
(2)物体间的接触面不光滑.
(3)两物体间存在相对运动.
3. 实验探究滑动摩擦力的大小与压力、接触面粗糙程度之间的定量关系
(1)实验原理
①控制变量.
a.保持木块与平板小车间的粗糙程度不变，在木块上方依次增加砝码，以改 变压力，探究f与FN的关系.
b.保持压力不变，改变接触面的粗糙程度，探究f与μ的关系.
②两个力的测量方法.
a.压力的测量
用弹簧测力计测量出木块的重力大小，即为木块对平板小车的压力(或木块重 力与砝码重力之和).
b.滑动摩擦力的测量
小车向左缓慢匀速运动，此时弹簧测力计的读数就是木块受到的滑动摩擦力 的大小.
(2)实验器材
带滑轮的长木板、电动机、平板小车、毛巾、木块、砝码、细线、弹簧测力 计等.
(3)实验与探究
①实验装置如图所示，用电动机带动平板小车向左缓慢匀速运动，注意观察 弹簧测力计，当示数稳定时，读出示数，即为木块所受滑动摩擦力的大小.把 读数记录在表格中.
②保持木块与平板小车间接触面的粗糙程度不变，在木块上方依次增加砝 码，重复上述步骤4次，把读数记录到表格中.
③保持压力不变，把毛巾平铺在平板小车上表面，重复上面的步骤5次，将弹 簧测力计读数记录在表格中.
实验数据记录表
实验次数n 1 2 3 4 5
压力FN/N
接触面1：弹簧测力计的示数f/N
接触面2：弹簧测力计的示数f/N
④根据表格中的两组实验数据，用纵坐标表示滑动摩擦力f，用横坐标表示压 力FN，作出f－FN图像，从而得出f与FN的关系.
(4)实验数据的处理方法：以f为纵坐标，FN为横坐标，作出图线，图线是 过原点的一条倾斜直线，就能说明f与FN成正比，且动摩擦因数：μ1＜ μ2.(如图所示)
(5)实验注意事项
①桌面要水平，平板小车上表面要平整.
②要使平板小车向左缓慢匀速运动.
③要等弹簧测力计示数稳定后再读数.
④用图像法处理数据，作图时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点 尽可能分布在所作直线的两侧，偏离直线太远的点应舍弃掉.
4. 滑动摩擦力的大小
(1)特点：滑动摩擦力的大小f跟压力FN成正比，还跟接触面的性质有关.
(2)表达式：f＝μFN.
说明：①μ叫作动摩擦因数，它只与接触面的材料、粗糙程度有关，μ没有单 位.动摩擦因数的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小也无关.
②公式f＝μFN中的FN是两个物体接触面间的压力，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.
5. 滑动摩擦力的方向：滑动摩擦力阻碍物体间的相对运动，故滑动摩擦力的 方向跟接触面相切，并跟物体相对运动方向相反.
A. 10 N，向右 B. 10 N，向左
C. 20 N，向右 D. 20 N，向左
思路点拨：①物体相对水平面向右运动，受滑动摩擦力作用.
D
②物体质量为20 kg，对水平面的压力大小为200 N.
解析：滑动摩擦力大小f＝μFN＝μmg＝0.1×20×10 N＝20 N，方向与相对运 动方向相反，即向左.
【典例2】　某同学用图甲所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数.跨 过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧测力计相连，滑轮和木块间的细 线保持水平，在木块上方放置砝码.缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和 砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧测力计的示数即为木块受到 的滑动摩擦力的大小.某次实验所得数据在表中已给出，其中f4的值可从图乙 中弹簧测力计的示数读出.
砝码的质量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
滑动摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93
回答下列问题：
(1)f4＝ N.
解析：(1)弹簧测力计的读数为2.75 N.
(2)在图丙的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f－m图线.
解析：(2)在图像上添加(0.20 kg，2.75 N)这个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答案图所示.
2.75　
答案：(2)如图所示
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之 间的关系式为f＝ ，f－m图线(直线)的斜率的表达式为k ＝ .
解析：(3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，f－m图线的斜率为k＝μg.
(4)g取9.80 m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝ (保留两位有效数字).
解析：(4)根据图像求出k＝4.0 N/kg，代入数据得μ＝0.40.
μ(M＋m)g　
μg　
0.40　
［跟踪练习］
1. 如图所示，水平拉力F＝40 N时，质量m＝10 kg的木块可以在水平面上匀速 前进，g取10 m/s2.求：
(1)木块所受滑动摩擦力的大小和方向；
解析：(1)由木块匀速运动知，木块受力平衡.
根据二力平衡得滑动摩擦力f＝F＝40 N，方向水平向左.
答案：(1)40 N，水平向左
(2)木块与水平面间的动摩擦因数μ.
答案：(2)0.4
2. 如图，某个实验小组的同学设计了一个测量动摩擦因数的实验.把弹簧测力 计的一端固定在墙上，另一端与一物块P相连，用力F拉水平向左拉物块下面 的金属板，金属板向左运动，此时测力计的示数稳定(图中已把弹簧测力计的 示数放大画出)，弹簧测力计的读数为 N，物块P受到金属板的滑动摩 擦力的大小是 N；若用弹簧测力计测得物块P的重力为13 N，则物块 P与金属板间的动摩擦因数为 .
2.60　
2.60　
0.2　
解析：由图示弹簧测力计可知，其分度值是0.1 N，其读数F＝2.60 N；由二 力平衡条件得，滑动摩擦力f＝F＝2.60 N. 根据f＝μFN＝μmg，解得动摩擦因 数μ＝0.2.
学习任务二 静摩擦力
教材新知梳理
静摩擦力　
可变　
最大静摩擦力　
相对运动趋势　
相
切　
1. 静摩擦力产生的条件
(1)接触面是粗糙的.
(2)两物体相对静止但存在相对运动趋势.
(3)两物体在接触面上有正压力(弹力).
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)与物体运动的方向可能相同，也可能相反.
3. 静摩擦力的大小
(1)大小的范围：0＜f≤Fmax.
(2)计算：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据二力平衡条件求解.
(3)最大静摩擦力fmax＝μ0FN. (μ0为静摩擦因数，最大静摩擦力fmax略大于滑动 摩擦力，一般情况下，为了分析问题方便，可认为二者相等)
4. 实验探究最大静摩擦力
(1)实验目的：粗测最大静摩擦力.
(2)实验原理：
①状态分析：水平桌面上，受拉力作用的物块开始运动前，处于静止状态.
②二力平衡：根据二力平衡，物块所受静摩擦力大小与弹簧测力计的拉 力相等.
(3)实验设计：
①选用弹簧测力计，获得静摩擦力大小的数据.
②根据弹簧测力计数据的变化情况，分析静摩擦力大小的变化规律.
③在物块上添加砝码，改变压力，研究静摩擦力的变化规律.
④观察记录物块刚开始滑动时，弹簧测力计示数的变化情况.
⑤比较两种情况下，弹簧测力计所显示的最大静摩擦力大小与压力的关系.
(4)实验结论：
①最大静摩擦力fmax与物体之间正压力FN成正比.
②最大静摩擦力比滑动摩擦力略大.
【典例3】　质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如图所示，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. 求：(g取10 m/s2)
(1)当推力大小为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
思路点拨：①判断物体所处的状态及摩擦力特点.
②选取合理的方法或公式计算相应摩擦力的大小.
解析：在地面上，FN＝mg，
则滑动摩擦力(即最大静摩擦力fmax)大小fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10 N ＝10 N.
(1)当推力F＝5 N时，F＜fmax，物体静止，
则由二力平衡知，地面对物体的静摩擦力的大小f静＝F＝5 N.
答案：(1)5 N　
(2)当推力大小为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
解析：(2)当推力F＝12 N时，F＞fmax，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.
答案：(2)10 N
［一题多变］
上题中，若物体运动过程中突然把推力撤掉，此时地面对物体的摩擦力 是多大？
解析：运动过程中把推力撤掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小 f′滑＝10 N.
答案：10 N
A. N处受到的支持力方向竖直向上
B. M处受到的支持力方向竖直向上
C. M处受到的静摩擦力方向沿MN方向
D. N处受到的静摩擦力方向沿水平方向
B
解析：N处受到的支持力方向垂直于钢笔与鼠标的接触面斜向右上；由于钢 笔有沿接触面向下滑动的趋势，所以N处受到的静摩擦力方向沿MN斜向左 上，故A、D错误.M处受到的支持力方向垂直于水平桌面向上，即竖直向 上；由于钢笔有沿水平桌面向右滑动的趋势，所以M处受到的静摩擦力方向 水平向左，故B正确，C错误.
A. 静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
B. 静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同
C. 静摩擦力的方向与物体相对运动趋势方向相反
D. 静止物体所受静摩擦力一定为零
C
A. 滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反
B. 滑动摩擦力总是阻碍物体的运动
C. 滑动摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反
D. 两个相互接触的物体发生相对滑动时，它们都要受到滑动摩擦力的作用
C
解析：滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，但与物体的运动 方向既可能相同，也可能相反，既可能促进物体的运动，也可能阻碍物体的 运动，A、B错误，C正确；摩擦力的产生必须具备三个条件，两个相互接触 的物体发生相对滑动时，接触面间相互挤压和粗糙的条件不一定具备，此时 物体间不一定有摩擦力，D错误.
A. 2 N B. 10 N C. 8 N D. 12 N
解析：木块在F1、F2和摩擦力f的共同作用下处于平衡状态，合外力等于零， 则木块受到的静摩擦力大小为f＝F1－F2＝8 N. 故选C.
C
4. 《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制 造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域.如图，一机械臂 铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保 持竖直.
探究下列问题：
(1)小球受到的摩擦力的大小和方向是怎样的？请作出解释.
解析：(1)小球受到的摩擦力大小始终与小球的重力相 等，方向竖直向上.
(2)若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力会如何变化？
解析：(2)若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力 大小仍然与小球重力相等，方向不变.
答案：见解析
关于摩擦本质的两种学说
1. 凹凸啮合说
这是从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论.啮合说 认为：摩擦是由于相互接触的物体表面粗糙不平产生的，两个物体接触挤压 时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合，如果一个物体沿接触面滑动，两个 接触面的凸起部分相碰撞，产生断裂，磨损，就形成了对运动的阻碍.
2. 粘附说
这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论，最早由英国学者德萨 左利厄斯于1734年提出，他认为两个表面磨得很光滑的金属，摩擦会增大.这 个现象可以利用两个表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释.
20世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，产 生了新的摩擦粘附说.
新的摩擦粘附说认为：两个互相接触的表面，无论做得多么光滑，从原子 尺度来看都是粗糙的，上面有许多微小的凸起.把这样的两个表面放在一起， 微凸的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触间有10－8 m或更大的间隙，这 样接触的微凸起的顶部就承受了接触面上的法向压力.如果这个压力很小，微 凸起部分发生弹性形变.如果法向压力较大，超过了材料的弹性限度，微凸起 的顶部便发生范性形变，被压成平顶.这时互相接触的两物体间距离变小，小 到分子(原子)引力发生作用的范围.于是，两个压紧的接触面上产生了原子性 粘合，这时要使两个彼此接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面 施加一个切向力，来克服原子(分子)间的引力，剪断实际接触区生成的接 点，这就产生了摩擦.
上述粘附理论提出的机理比啮合理论更普遍，但在不同的材料上，两种机 理的表现有所偏向.对金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主，而对木材，产 生的摩擦以啮合作用为主.
(1)凹凸啮合说和粘附说都一定完全正确吗？
提示：不一定完全正确.
(2)粘附说认为摩擦力的实质是什么？
提示：原子间的引力.