第三章相互作用3.3摩擦力课件2:92张PPT

课件92张PPT。3　
摩　擦　力1.摩擦力:两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时,在接触面上产生的阻碍
_________或_____________的力。相对运动相对运动趋势2.静摩擦力:
(1)定义:两个只有_____________,而没有相对运动
的物体之间产生的摩擦力。
(2)方向:沿着_______,如果接触面是曲面,静摩擦力
的方向与接触面_____,并且跟物体的_____________
的方向相反。相对运动趋势接触面相切相对运动趋势(3)大小:范围_________,Fmax为最大静摩擦力,
由物体的运动状态及外界对它的施力情况决定。
(4)作用效果:总是阻碍物体间的_____________。0(1)定义:当一个物体在另一个物体表面上_____时,
受到另一个物体阻碍它_____的力。
(2)方向:总是沿着_______,并且跟物体的_________
的方向相反。
(3)大小:F=____,FN为_____,μ为动摩擦因数。
(4)作用效果:总是阻碍物体间的_________。滑动滑动接触面相对运动μFN压力相对运动【预习自测】
1.下列关于物体受静摩擦力作用的叙述,正确的
是　(　　)
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.静摩擦力的方向既可能与物体的运动方向相反,也可能与物体的运动方向相同
D.静止物体所受摩擦力一定为零【解析】选C。静摩擦力的方向总与物体的相对运动趋势方向相反,与物体的运动方向没有必然的联系,静止的物体也可能有相对运动趋势。2.关于滑动摩擦力,以下说法中正确的是　(　　)
A.滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反
B.滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
C.只有运动的物体才受到滑动摩擦力
D.滑动摩擦力总跟物体的重力成正比【解析】选B。滑动摩擦力总跟物体相对运动的方向相反,阻碍物体间的相对运动,但并不一定跟物体的运动方向相反,故选项A错,B正确;滑动摩擦力产生在相对运动的物体间,静止的物体也可以受滑动摩擦力,故选项C错;滑动摩擦力的大小一定跟接触面间的压力成正比,但压力不一定等于重力,所以,不能说滑动摩擦力跟物体的重力成正比,选项D错。3.关于由滑动摩擦力公式F=μFN推出的μ= ,
下列说法正确的是　(　　)
A.动摩擦因数μ与摩擦力F成正比,F越大,μ越大
B.动摩擦因数μ与正压力FN成反比,FN越大,μ越小
C.μ与F成正比,与FN成反比
D.μ的大小由两物体接触面的情况及其材料决定【解析】选D。动摩擦因数μ的大小由接触面的粗糙程度及其材料决定,与摩擦力F和正压力FN无关,故D正确。主题一　静摩擦力
【问题探究】
探究点1　静摩擦力的产生条件和方向(1)如图甲所示,物块静止在水平面上。物块会不会受到静摩擦力的作用?为什么?
提示:物块不会受到静摩擦力。因为物块静止在水平面上,物块在水平方向上不受外力,没有相对地面运动的趋势。(2)如图乙所示,在竖直墙面上,如果:
①物块在外力F的作用下静止在粗糙的竖直墙面上。
②撤去外力F,物块沿竖直墙面下滑。试比较图乙中两种情况下,是否都受摩擦力的作用?
情况①中:___________________________________
____________________________________________
_______________________。
情况②中:__________________________________
___________________________________________
__________________。物块与竖直墙面之间有相互挤压的力。物块受重力作用有向下运动的趋势,故物块一定受竖直向上的静摩擦力作用物块与竖直墙面接触,但两者之间没有相互挤压的力,物块沿竖直墙面下滑,虽然接触面粗糙,但不受摩擦力(3)如图丙所示,将一小物体放在固定斜面上,如果:
①斜面光滑,小物体沿斜面下滑。
②斜面粗糙,小物体静止在斜面上。
试比较图丙中斜面光滑与粗糙两种情况下,小物体受摩擦力情况有何不同?①斜面光滑时:__________________________________
___________________________________________。
②斜面粗糙时:________________________________
____________________________________________。小物体沿斜面下滑,小物体与斜面接触而且对斜面有压力,由于斜面光滑,故不受摩擦力小物体与斜面接触且对斜面有压力,相对斜面还有下滑的运动趋势,故受静摩擦力作用(4)如图丁所示,货物被一倾斜传送带匀速送到高处,且货物和传送带相对静止。传送带靠什么力把货物送到高处?此力方向如何?
提示:货物被送到高处是受到了传送带的静摩擦力的作用,静摩擦力方向沿传送带向上。(5)在图甲、乙、丙、丁存在静摩擦力的情景中,静摩擦力方向与相对运动趋势方向的关系怎样?是动力还是阻力?
提示:①图甲中,不存在静摩擦力;图乙情景中的①、图丙情景中的②及图丁中的静摩擦力方向与相对运动趋势的方向均相反。
②图乙情景中的①、图丙情景中的②静摩擦力是阻力,图丁中的静摩擦力是动力。探究点2　静摩擦力的大小
如图所示,把木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块,在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团(可以作为指针到达最大位置的标记),它可以随指针移动,拉力F逐渐增大,木块保持静止,直到拉力达到某一数值时木块开始移动,观察弹簧测力计示数及其变化情况。(1)随着外力的增大,静摩擦力大小变化吗?若变化,如何变化?
提示:由二力平衡知,随着外力的增大,静摩擦力大小发生变化,相应增大。(2)木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点?
提示:木块开始移动时弹簧测力计的示数达到最大,即最大静摩擦力。静摩擦力的数值存在一个范围,即0计的示数如何变化?由此得出什么结论?
①弹簧测力计的变化情况是:________________
_____________________。
②结论是:_________________________________。木块开始移动时,弹簧测力计的示数增大最大静摩擦力随正压力的增大而增大【探究总结】
1.静摩擦力产生的条件:
(1)两物体的接触面是粗糙的。
(2)两物体存在相对运动趋势。
(3)两物体在接触面上有压力(弹力)。2.静摩擦力的方向:
(1)沿着接触面,并且跟物体间相对运动趋势的方向相反。
(2)跟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(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:最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力,一般情况下为分析问题方便,可认为二者相等。
(4)静摩擦力的大小与正压力无关,但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。4.静摩擦力有无的判断三法:
(1)产生条件判断法:接触面之间有压力、粗糙且有相对运动趋势。
(2)假设法。(3)平衡条件法:根据二力平衡的条件判断。【拓展延伸】
1.摩擦力与弹力的存在关系:两物体间有摩擦力时,必有弹力;而两物体间有弹力时,不一定有摩擦力。
2.静摩擦力被动性的表现:
(1)静摩擦力的大小随外力的变化而变化。
(2)静摩擦力的方向可能随外力大小、方向的变化而变化。【典例示范】
如图所示,一个M=2kg的物体放在μ=0.2的粗糙水平面上,用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m0=0.1kg的小桶相连。已知M与水平面间的最大静摩擦力Fm=4.5N,滑轮的摩擦不计,g取10m/s2,求在以下情况中M受到的摩擦力的大小。(1)只挂m0,处于静止状态时。
(2)只挂m0,但在M上再放一个M′=3kg的物体时。
(3)只在桶内加入m1=0.33kg的沙子时。【解题指南】解答本题时应明确以下两点:
(1)m0静止时,根据二力平衡知:FT=m0g。
(2)M静止时,根据二力平衡知:Ff=FT。【解析】(1)因为m0g=1N(2)在M上再放一个M′=3kg的物体,M仍静止,故受静摩擦力F2=F1=m0g=1N。
(3)因为(m0+m1)g=4.3N答案:(1)1N　(2)1N　(3)4.3N【探究训练】
1.关于摩擦力,下列说法中正确的是　(　　)
A.两个接触的相对静止的物体间一定有摩擦力
B.受静摩擦力作用的物体一定是静止的
C.静止的物体一定受静摩擦力
D.物体间正压力一定时,静摩擦力的大小可以变化,但有一个限度【解析】选D。摩擦力的产生条件是接触且挤压、接触面粗糙、有相对运动(或相对运动趋势),三者缺一不可,故选项A错误;受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,例如,手拿竖直的笔在空中匀速运动,笔受到静摩擦力,故选项B错误;静止的物体可能受滑动摩擦力,例如,擦黑板时,静止的黑板受到的就是滑动摩擦力,故选项C错误;静摩擦力有最大值,即最大静摩擦力,故选项D正确。2.(多选)(2017·福州高一检测)人如果握住旗杆匀速上爬,则下列说法正确的是　(　　)
A.人受的摩擦力的方向是向下的
B.人受的摩擦力的方向是向上的
C.手握旗杆的力越大,人受的摩擦力也越大
D.手握旗杆的力增加,人受的摩擦力保持不变【解析】选B、D。人握住旗杆匀速上爬时,受到向下的重力和向上的摩擦力而受力平衡,选项A错误、B正确;手与旗杆间不发生相对滑动,所以人受的是静摩擦力。手握旗杆的力越大,只是人受到的最大静摩擦力越大,而实际静摩擦力的大小始终等于重力大小,选项C错误、D正确。3.如图所示,一木块放在水平桌面上,在水平方向共受
到三个力的作用,木块处于静止状态。其中F1=10N,
F2=2N,若撤去力F1,则木块在水平方向受到的摩擦力
为　(　　)A.8N,方向向右　　 B.6N,方向向右
C.2N,方向向右 D.0【解析】选C。未撤去F1前,木块静止,说明木块所受的静摩擦力大小F=F1-F2=8N,方向向左,也说明了最大静摩擦力Fmax≥8N。当撤去F1后,在F2作用下木块有向左运动的趋势,所以地面给木块的静摩擦力方向变为向右,又因F2=2N,小于最大静摩擦力,故木块仍保持静止,故选项C正确。【补偿训练】
1.(多选)用手握住一个油瓶(油瓶始终处于竖直方向),如图所示,下列说法正确的是　(　　)A.瓶中油越多,手必须握得越紧
B.手握得越紧,油瓶受到的摩擦力越大
C.不管手握得有多紧,油瓶受到的摩擦力总是和油瓶的重力相等
D.以上说法都正确【解析】选A、C。用手握住一个油瓶,油瓶在竖直方向受到重力和静摩擦力且mg=F静,故选项C正确,B、D错误;油瓶中油越多,对应的静摩擦力越大,当静摩擦力达到最大时,油瓶恰要下滑,此时,μFN=mg。若再加油,即m变大,则FN就变大,也就是手握得更紧,故选项A正确。2.如图所示,地面上叠放着A、B两物体,A、B两物体重
力都等于10N,F=1N的两个水平力分别作用在A和B上,A
和B均静止,则地面对B和B对A的摩擦力分别为　(　　)
A.6N,3N　　B.1N,1N　　C.0,1N　　D.0,2N【解析】选C。对物体A受力分析,A受到重力、支持力、拉力F、B对A的静摩擦力f,列平衡方程得F=f=1N。物体B水平方向受拉力F(向左1N)、A对B的静摩擦力f′(向右1N),物体B受力平衡,没有运动趋势,故不受地面的摩擦力。3.如图所示的皮带传动装置中,O1是主动轮,O2是从动轮,A、B分别是皮带上与两轮接触的点,C、D分别是两轮边缘与皮带接触的点(为清楚起见,图中将两轮与皮带画得略微分开,而实际上皮带与两轮是紧密接触的)。当O1顺时针启动时,若皮带与两轮不打滑,则A、B、C、D各点所受静摩擦力的方向分别是　(　　)A.向上,向下,向下,向上
B.向下,向上,向上,向下
C.向上,向上,向下,向下
D.向下,向下,向上,向上【解析】选C。假设主动轮O1与皮带间无摩擦力作用,则当O1顺时针启动时,O1与皮带间将打滑,此时C点相对于A点向上运动。实际上,O1与皮带间没有打滑,可见C点相对于A点有向上运动的趋势,反之A点相对于C点有向下运动的趋势。根据静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,可知C、A两点受到的静摩擦力FC、FA的方向分别是向下、向上。同理,我们可以得到B、D两点受到的静摩擦力FB、FD的方向分别是向上、向下。所以,A、B、C、D各点所受静摩擦力的方向如图所示。故C正确。
4.如图所示,用50N的作用力F将重10N的物体压在竖直墙壁上保持静止不动,问物体受到的摩擦力多大?方向如何?【解析】对物体做受力分析如图所示。
由于物体静止,故G=f,解得f=10N,方向竖直向上。
答案:10N　竖直向上主题二　滑动摩擦力
【问题探究】
1.如图所示,缓慢拉动木块1下面的木板2,弹簧测力计产生示数,则弹簧测力计的示数和滑动摩擦力的大小是什么关系?提示:“缓慢”说明木块处于平衡状态,由二力平衡可知,弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力。2.在木块1上再加一个物块,缓慢拉动木板2,弹簧测
力计的示数将会如何变化?说明什么问题?
(1)弹簧测力计的变化情况是:_________________
_________。
(2)说明的问题是:___________________________
_________________________。弹簧测力计的示数将会增大滑动摩擦力的大小随着木块与木板间的压力的增大而增大3.在木板上铺上毛巾,缓慢拉动木板2,弹簧测力计的
示数将会如何变化?
(1)弹簧测力计的变化情况是:_________________
_________。
(2)说明的问题是:___________________________
_____________________。弹簧测力计的示数将会增大滑动摩擦力的大小随着接触面粗糙程度的增大而增大4.改变木块1上所加物块的质量,分别在2、3的情景
中重复操作,分别记录木块1的质量、所加物块的质
量和弹簧测力计的示数。分析滑动摩擦力和压力之
间存在什么关系?动摩擦因数跟什么因素有关?
(1)滑动摩擦力和压力的关系是:_________________
_______。
(2)动摩擦因数的影响因素是:___________________
_________________________。滑动摩擦力和压力成正比动摩擦因数跟相互接触的两物体接触面材料有关【探究总结】
1.滑动摩擦力产生的条件:
(1)两物体相互接触且有挤压。
(2)物体间的接触面粗糙。
(3)两物体间发生相对运动。
2.滑动摩擦力的大小的计算方法:
(1)公式法:根据公式F=μFN计算。
(2)二力平衡法:根据二力平衡条件求解。3.影响动摩擦因数的因素:μ与材料和接触面粗糙程度有关,而与物体间的压力、接触面的面积大小无关。【拓展延伸】静摩擦力和滑动摩擦力作用的比较
(1)静摩擦力的作用效果:静摩擦力的方向总是与物体间相对运动趋势的方向相反,与物体的运动方向关系不确定,可以相反,也可以相同,还可以成一定角度,即静摩擦力可以是阻力,也可以是动力。(2)滑动摩擦力的作用效果:滑动摩擦力的方向总是与相对运动的方向相反,与物体的运动方向可以相同,也可以相反,即滑动摩擦力可以是阻力,也可以是动力。 【典例示范】
(2017·哈尔滨高一检测)重为150N、长为L=2m的均匀木棒放在水平桌面上,如图甲所示,至少要用25N的水平推力,才能使它从原地开始运动。木棒从原地移动以后,用15N的水平推力,就可以使木棒继续做匀速运动。求:(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax。
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ。
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.8m露出桌面时,如图乙所示,水平推力的大小F。【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)水平推力等于最大静摩擦力时木棒才能运动。
(2)滑动摩擦力与正压力成正比,与接触面的大小无关。【解析】(1)木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力,
所以Fmax=F1=25N。
(2)水平推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以
F2=μFN=μmg
解得μ=0.1。(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.8m露出桌面时,水平推力等于此时的滑动摩擦力,而滑动摩擦力F=μFN=μmg不变,所以F=15N。
答案:(1)25N　(2)0.1　(3)15N【探究训练】
1.(多选)(2017·安庆高一检测)有关滑动摩擦力的下列说法中,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】选B、C。产生滑动摩擦力的条件有三个: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错误,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,但相对于黑板擦是运动的,也受滑动摩擦力,所以关键是“相对运动”,故D错误。2.某同学利用弹簧测力计测定木块A与木板B间的动摩擦因数μ,具体操作如下:
(1)如图甲、乙是两种实验设计方案,请完成横线上的空白部分。方案一:如图甲所示,木板B静止在水平桌面上,用手通过弹簧测力计向右拉木块A,使木块A向右匀速运动,读出此时弹簧测力计的读数F,再用弹簧测力计测出木块A的重力G,由平衡条件可知,滑动摩擦力Ff=_______,A、B间的正压力FN=__________,所以动摩擦因数μ=__________。方案二:如图乙所示,将弹簧测力计C的吊环套在直立固定在桌边的铁钉D上,挂钩端与木块A相连,用力F拉拉放在桌面上的木板B,使其缓慢向右运动。
A相对地面静止时,A受的滑动摩擦力等于弹簧的拉力(A在B上相对B向左滑动)。读出此时C的读数F,即为A所受的滑动摩擦力Ff。用C测出A的重力G,则A、B间的动摩擦因数μ=__________。
(2)从实际操作考虑,你认为上述哪种方案更可行?【解析】(1)方案一中,A匀速向右滑动时,由二力
平衡知Ff=F,A对B的正压力FN=G,则μ= ;同理,
方案二中μ= 。(2)在方案一中,弹簧测力计对木块A的拉力只有在木块匀速前进时才等于滑动摩擦力的大小,但这种操作方式很难保证木块A匀速前进;而在第二种方案中,不论木板B如何运动,木块A总是处于平衡状态,弹簧测力计的示数等于木块A所受滑动摩擦力的大小,故第二种方案更切实可行。
答案:见解析【补偿训练】
1.如图甲所示,重为G的物体与地面间的动摩擦因数为μ,且开始时物体静止。现对其施加外力F,且F随时间t的变化关系是F=kt(k为正的常数),则物体所受的摩擦力Ff随时间t的变化关系为图乙中的　(　　)【解析】选B。开始时物体与地面相对静止,物体与地面间的摩擦力为静摩擦力,随着t的增大,摩擦力线性增大,且Ff=F=kt。当F增大到最大静摩擦力时,物体开始滑动,静摩擦力转化为滑动摩擦力,此后滑动摩擦力Ff=μFN=μG,它是一个与外力F无关的恒量,又因为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,故选项B正确。2.(多选)如图所示,在探究摩擦力的实验中,用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块,小木块的运动状态和弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时,木块与桌面的接触面相同),则由下表分析可知,下列选项正确的是　(　　)A.木块受到的最大静摩擦力为0.7N
B.木块受到的最大静摩擦力可能为0.6N
C.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小都是相同的
D.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小各不相同【解析】选B。第1次和第2次实验都没有拉动木块,说明这两次的拉力大小均未超过最大静摩擦力,第三次实验时,木块做加速运动,说明拉力已经大于最大静摩擦力Fm,因此可知,最大静摩擦力范围0.6N≤Fm<0.7N,故A错B对;滑动摩擦力与运动情况无关,因此第3、4、5次的摩擦力大小相等,第1、2次是静摩擦力,大小不同,故C、D错。3.如图所示,水平拉力F=40N时,质量m=10 kg的木块可以在水平面上匀速前进,求木块与水平面间的动摩擦因数μ。【解析】拉力F=40N时,滑动摩擦力Ff=40N,木块对
水平面的压力FN=mg=100N,由Ff=μFN得,动摩擦因数
μ= =0.4。
答案:0.44.质量为3.0kg的空木箱,放置在水平地面上,沿水平方向施加拉力,当拉力F1=8.0N时,木箱静止;当拉力F2=10.3N时,木箱做匀速运动,求:
(1)木箱与地面间的动摩擦因数。
(2)木箱在8.0N的拉力作用下受到的摩擦力的大小。
(3)木箱在12.0N水平拉力作用下,受到的摩擦力的大小。【解析】(1)当拉力F2=10.3N时,木箱匀速运动,木箱水
平方向受到拉力F2和滑动摩擦力f1,根据二力平衡条件
有:f1=F2=10.3N。木箱放在水平地面上,则木箱对地面
的压力大小等于木箱重力,即N=mg。根据滑动摩擦力公
式f1=μN,则木箱与地面之间动摩擦因数为μ=
解得μ= =0.35。(2)当拉力F1=8.0N时,木箱静止,木箱水平方向所受到的静摩擦力f2与F1是一对平衡力,则有:f2=F1=8.0N。
(3)当拉力F3=12.0N时,木箱将在地面上滑动,此时木箱所受到的摩擦力为滑动摩擦力。则f3=f1=10.3N。
答案:(1)0.35　(2)8.0N　(3)10.3N【规律方法】动摩擦因数的测定方案
方案一:利用砝码和弹簧测力计借助平衡法测滑动摩擦
力和动摩擦因数。
如图甲所示,向砝码盘C内加减砝码,轻推铁块P,使其恰
能在水平木板B上向左匀速滑动,铁块P处于动态平衡状
态。用弹簧测力计测出P和C的重力GP和GC,则P所受的滑
动摩擦力F=GC,可求出P、B间的动摩擦因数μ= 。方案二:利用弹簧测力计借助动态平衡法测定动摩擦因
数。
如图乙所示,使金属板静止在水平桌面上,用手通过弹
簧测力计向右拉铁块P,使铁块P向右匀速运动,读出此
时弹簧测力计的读数F,再用弹簧测力计测出铁块P的重
力,由平衡条件可知,F=μFN,FN=GP,所以μ= 。方案三:利用弹簧测力计借助静态平衡法测滑动摩擦力和动摩擦因数如图丙所示。
(1)将弹簧测力计C的吊环套在直立固定在桌边的铁钉D上,挂钩端与木块P相连,用力F拉缓慢拉平放在桌面上的长木板B向右匀速滑动,P先受静摩擦力作用静止在B上,并随B一起向右运动时,弹簧伸长。(2)当B对P的静摩擦力达到最大值后,弹簧将略有缩
短。当P受的滑动摩擦力F等于弹簧拉力时,P相对地面
静止,处于静态平衡状态,P在B上相对B向左滑动。
(3)读出P处于静态平衡状态时C的示数,即为P所受的
滑动摩擦力F。
(4)用C称出P的重力GP,则P、B间的动摩擦因数μ=【课堂小结】