3.2 研究摩擦力 学案1（粤教版必修1）

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§3.2 研究摩擦力
【学习目标】
知识与技能：
1．认识滑动摩擦的规律，知道滑动摩擦因数与相互接触的物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
2．能运用动摩擦因数计算摩擦力。
3．认识静摩擦的规律，知道静摩擦力的变化范围及最大值。
4．知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。
过程与方法：
1．经历探究实验的过程，学习从实验结果总结规律的方法。
2．学习通过查阅资料的形式，了解生活中的摩擦力现象。
3．通过对生活中各种摩擦的观察与思考，学习结果表述的方法。21世纪教育网
情感态度与价值观：
在理解摩擦力的利与弊的过程中，领略自然界的和谐与奇妙，使价值观得到提升。
【学习重点】21世纪教育网
1．滑动摩擦力产生的条件及规律，并会用f＝μN解决具体问题。
2．静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念。
【知识要点】
1.摩擦力产生条件
摩擦力的产生条件为：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可。
两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件。（没有弹力不可能有摩擦力）
2.滑动摩擦力大小
⑴在接触力中，必须先分析弹力，再分析摩擦力。 21世纪教育网
⑵只有滑动摩擦力才能用公式F=μFN，其中的FN表示正压力，不一定等于重力G。
3.静摩擦力大小
⑴必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F=μFN计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，既Fm=μFN
⑵静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是
0＜Ff≤Fm
4.摩擦力方向
⑴摩擦力方向和物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。
⑵摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力）。在特殊情况下，可能成任意角度。
【问题探究】21世纪教育网
受静摩擦力作用的物体一定静止吗
解答：物体是否受到静摩力，与物体处于静止还是运动状态没有关系．关键是物体相对与其接触的物体是否静止，比如皮带传送机把货物运往高处，物体是运动的，但相对皮带没有滑动，受到的是静摩擦力．其实，生活中很多运动的物体都受到静摩擦力的作用．如一个人端着一杯水走路，杯子受到手的摩擦力；人走路时受地面的摩擦力；站在起动的火车上的人受到车厢底板的摩擦力．当然了，有大量的物体受静摩擦力作用而保持静止，如斜面上静止不动的物体．
【疑难解析】
例题 如图1所示，质量为m的物块与水平转台之间的最大静摩擦力为物块重力的K倍，物块与转轴OO′相距为R。物块随转台由静止开始加速转动，当物块的线速度增加到 ( http: / / www.21cnjy.com )时即将在转台上滑动，则此时物块所受摩擦力的大小和方向的判断正确的是
A． ( http: / / www.21cnjy.com )，方向指向圆心
B．，方向指向圆心
C． ( http: / / www.21cnjy.com )，方向偏离圆心
D．，方向偏离圆心
错解 物块即将在转台上滑动还未滑动时，转台对物块的最大静摩擦力 ( http: / / www.21cnjy.com )恰好提供向心力，已知此时物块做圆周运动的线速度为，故有 ( http: / / www.21cnjy.com )
的方向为沿着半径指向圆心。
由此可知，选项A、B均正确。
剖析 上述解答只考虑到物块沿半径方向（法向）远离圆心的运动趋势，而忽视了物块沿切线方向的运动趋势，将题意中转台的加速转动混同为匀速转动，片面地认为物块所受的最大静摩擦力恰好提供向心力，从而错误地选择了A、B两个选项。
正解 物块即将在转台上滑动时，所受的摩擦力为最大
静摩擦力 ( http: / / www.21cnjy.com )，依题意有
由于物块随转台由静止开始加速转动，在物块开始滑动之前既有沿法向（半径方向）远离圆心的运动趋势，又有沿切向（圆弧切线方向）滞后运动的趋势。那么，物块相对转台总的运动趋势既不沿法向，也不沿切向，而是介于这两者之间。则物块所受静摩擦力（含最大）的方向应与其总的运动趋势方向相反，这一方向显然要偏离圆心，如图2所示。故只有选项C正确。且因这时是由最大静摩擦力的一个分力提供内心力，故选项D是错误的。
【典型例题】
【例一】在一匀速转动的传送带上有一质量为m的物体A，物体A与传送带一起以速度V向右运动，如图3-2-1所示，
判断物体A有受到摩擦力的作用吗？
解题分析: (图3-2-1)
解1：物体A与传送带以相同的速度匀速传送，属于平衡状态，所以水平方向不受到摩擦力的作用；
解2：假设物体A受到摩擦力的作用，且方向与其运动方向相反，那么物体A就不能做匀速运动，这与物体的状态条件相矛盾，所以物体A没有受到摩擦力的作用；
【答案】物体A没有受到摩擦力的作用。21世纪教育网
发散：如果物体A静静地放上匀速传送的传送带上，在此后很小的一段时间内，物体A有受到摩擦力的作用吗？
点评：本题容易范这样的错误：“因为物体向右运动，所以物体A有受到摩擦力的作用，且方向与物体运动方向相反。”判断物体有否受到滑动摩擦力，不是看物体有否运动，而是看物体有否相对运动；范此错误是因为没有搞清以下两个概念：
1．运动：通常是指绝对运动，是以地面为参考物；
2．相对运动：是相对接触物（或点）的运动，是以接触物（或点）为参考物；
【例二】小明在一次劳动任务中负责把一个重为1000kg的书柜从教室前搬到后方，书柜与地面间的动摩擦系数为0.4，小明的最大推力为1200N，小明沿水平方向使劲地推了一下，书柜一动也不动，这下小明心急了：教室只剩下他一个人，怎样也搬不动啊？（f静=f动）
1． 小明开始使劲推一下书柜，不动；书柜一共受到几个力的作用？
2． 为了使小明能完成任务，试用你学过的知识，帮小明想一个办法完成任务；
3． 小明至少要先搬走多少书才能完成任务？(g=10m/s2)
解题分析:
解：⑴书柜静止属于平衡状态：
竖直方向书柜一定受到重力的作用，由二力平衡，地面对它一定有支持力的作用；
水平方向书柜受到推力的作用，那么只能由摩擦力来与推力平衡 ；
所以书柜一共受到4个力的作用，而且竖直和水平方向的两个力都是平衡力。
⑵办法：将书柜中一部分的书拿到教室的后方，剩余的和书柜一起推倒教室后方，然后再把刚才拿出来的书放回书柜。
原理：小明推不动书柜是因为书柜与地面间的静摩擦力过大，所以要其静摩擦力，
由 f静=f动＝μN
通过减少书柜的重力来减少它对地面的正压力；
⑶设书柜总质量为M，要先搬走的书质量为m
由 f静=f动＝μN＝μ（M－m）g
代入数据得：m= 700(kg)
发散：由此请你想想“愚公移山”故事中的哲学道理；
点评：本题用到了状态法判断静摩擦力，当然你还可用假设法来判断；同时还结合生活实例考查了摩擦力的知识，但在第二问中，你不能说去减少动摩擦系数来减少最大静摩擦力，因为μ是由物质的材料和粗糙程度来决定的。
反思：影响摩擦力大小的μ是内在因素，N是外因素，在现实生活中内在因素一般很难改变，但我们可以改变外因素来达到目的。
【规律总结】
(1)静摩擦力方向的判断
①假设法:即假设接触面光滑，看物体是否会发生相对运动；若发生相对运动，则说明物体原来的静止是有运动趋势的静止.且假设接触面光滑后物体发生的相对运动方向即为原来相对运动趋势的方向，从而确定静摩擦力的方向.
②根据物体所处的运动状态，应用力学规律判断.
如图所示物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时，若A的质量为m，则很容易确定A所受的静摩擦力大小为ma，方向水平向右.
③在分析静摩擦力方向时，应注意整体法和隔离法相结合.
如图所示，在力F作用下，A、B两物体皆静止，试分析A所受的静摩擦力.
(2)摩擦力大小计算
①分清摩擦力的种类：是静摩擦力还是滑动摩擦力.
②滑动摩擦力由Ff=μFN公式计算.最关键的是对相互挤压力FN的分析，它跟研究物体在垂直于接触面方向的力密切相关，也跟研究物体在该方向上的运动状态有关.特别是后者，最容易被人所忽视.注意FN变，则Ff也变的动态关系.
③静摩擦力:最大静摩擦力是物体将发生相对运动这一临界状态时的摩擦力，它只在这一状态下才表现出来.它的数值跟正压力成正比，一般可认为等于滑动摩擦力.静摩擦力的大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关，但跟接触面相互挤压力无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性，即静摩擦力是一种被动力，与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是 0＜Ff≤Fm
【当堂反馈】
1．下列关于力的说法， 正确的是( )
A．两个物体一接触就会产生弹力
B．物体的重心不一定在物体上
C．滑动摩擦力的方向和物体运动方向相反
D．悬挂在天花板上的轻质弹簧在挂上重2N的物体后伸长2cm静止， 那么这根弹簧伸长1cm后静止时， 它的两端各受到1N的拉力
2．如图所示，在粗糙的水平面上叠放着物体A和B，A和B间的接触面也是粗糙的，如果用水平拉力F拉A，但A、B仍保持静止，则下面的说法中正确的是（ ）。
A．物体A与地面间的静摩擦力的大小等于F
B．物体A与地面的静摩擦力的大小等于零
C．物体A与B间的静摩擦力的大小等于F
D．物体A与B间的静摩擦力的大小等于零
3．关于两物体之间的弹力和摩擦力，下列说法中正确的是( )
A．有摩擦力一定有弹力
B．摩擦力的大小与弹力成正比
C．有弹力一定有摩擦力
D．弹力是动力，摩擦力是阻力
4．如图所示，用水平力F将物体压在竖直墙壁上，保持静止状态，物体所受的摩擦力的大小( )
A．随F的增大而增大 B．随F的减少而减少
C．等于重力的大小 D．可能大于重力
5．用手握着一个玻璃杯，处于静止状态。如果将手握得更紧，手对玻璃杯的静摩擦力将 ，如果手的握力不变，而向杯中倒入一些水（杯仍处于静止状态），手对杯的静摩擦力将 。
6．一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到两个拉力作用，拉力的大小如图所示，物体处于静止状态，（1）若只撤去10N的拉力，则物体能否保持静止状态？ ；（2）若只撤去2N的力，物体能否保持静止状态？ 。
7．如图所示，在μ=0.2的粗糙水平面上，有一质量为10kg的物体以一定的速度向右运动，同时还有一水平向左的力F作用于物体上，其大小为10N，则物体受到的摩擦力大小为______，方向为_______．(g取10N/kg)
8．如图所示，重20N的物体，在动摩擦因数为0.1的水平面上向左运动，同时受到大小为10N水平向右的力F作用，物体所受摩擦力的大小为 ，方向为 。
【参考答案】
1．BD 2．AD 3．A 4．C 5．不变；变大[来源:21世纪教育网]
6．最大静摩擦力fm≥8N，若只撤去10N的拉力，则物体能保持静止；若只撤去2N的力，物体可能保持静止也可能产生滑动。21世纪教育网
7．20N，水平向左 8．2N，水平向右
【达标训练】
1．关于静摩擦力的说法中，正确的是
A．两个相对静止的物体之间一定有摩擦力作用
B．受静摩擦力作用的物体一定是静止的
C．静摩擦力一定是阻力
D．在物体间压力一定的条件下，静摩擦力的大小是可以变化的，但有一个限度
2．如图1—9所示，在μ=0．1的水平面上向右运动的物体，质量为20 kg．在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为10N的拉力F的作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g=10N/kg)
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图1—9
A．10N，向右 B．10N，向左
C．20N，向右 D．20N，向左
3．运动员用双手握住竖直的竹杆匀速攀上和匀速下滑时，运动员所受的摩擦力分别是F1和F2，那么 21世纪教育网
A．F1向下， F2向上，且F1=F2
B．F1向下，F2向上，且F1＞F2
C．F1向上，F2向上，且F1=F2
D．F1向上，F2向下，且F1=F2
4．关于摩擦力的方向，下列说法中不正确的是
A．滑动摩擦力的方向，总是和物体运动的方向相反
B．滑动摩擦力的方向，可能和物体运动的方向相同
C．物体所受的摩擦力方向总是和接触面相切
D．滑动摩擦力的方向，可能和物体运动的方向相反
5．下列说法中正确的是
①滑动摩擦力的方向总是和物体运动方向相反
②静摩擦力的大小与物体对接触面的正压力成正比
③运动的物体可能受到静摩擦力作用
④物体受到摩擦力作用时，也一定受到弹力作用，且这两个力一定互相垂直
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
6．在水平地面上，质量为20kg的物体向东滑动，同时物体又受到向西的水平拉力10N作用，若物体和水平地面间动摩擦因数为0.1，则物体受到的摩擦力大小为______，方向______．（g取10N/kg）
7．质量为10kg的物体静止放在水平面上，物体和水平面的最大静摩擦力为40N，滑动摩擦力为37N．当水平拉物体的力分别为38N和50N时，物体所受的摩擦力的大小分别为______N和______N．
8．请你设计一个测量纸和桌面之间的动摩擦因数的实验．说明实验原理和做法，并实际测量．
【达标训练参考答案】
1．D　2．D　3．C　4．A　5．D　?
6．20N　向西?
7．38　37?
8．在木块下面贴张纸，用弹簧秤称出木块的重力．然后把木块放在水平桌面上(贴纸的一面与桌面接触)，用弹簧秤水平地拉木块，使木块做匀速直线运动，读出弹簧秤的示数F．滑动摩擦力Ff数值上等于F．正压力N大小等于重力G．?
动摩擦因数μ=
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【反思】
收获
疑问
A
V
F
A
B
B
AS
F
F
v
F
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