3 摩擦力
整体设计
摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用.在摩擦力这节课中，要求会计算滑动摩擦力的大小和判断其方向，以及静摩擦力的大小和方向的判断.教师在教学过程中要将学生在初中所学过的相关概念与本节内容相结合，与生活中的实例相结合，逐步引导、循循善诱，对两种摩擦力的大小和方向判定有个清晰的认识.在探究过程中要充分利用初中二力平衡的知识，在物体从静止到运动的过程中认识静摩擦力和滑动摩擦力大小变化情况，使学生的认识从感性到理性发生质的变化.对于动摩擦因数的教学最好通过实验让学生探究得出.由于本节课的特点，在整个教学过程中要充分体现新课标的探究精神，让学生多用所学知识揭示生活中的相关现象本质.
教学重点
1.滑动摩擦力的大小及方向的判断.
2.静摩擦力的有无及方向的判断.
3.静摩擦力产生的条件及规律.
教学难点
1.静摩擦力有无的判断和方向的判断.
2.静摩擦力大小的计算.
课时安排
3课时
三维目标
知识与技能
1.知道什么是静摩擦力、最大静摩擦力、滑动摩擦力.
2.能计算静摩擦力、滑动摩擦力的大小并会判断它们的方向.
过程与方法
1.学生通过设计实验，并使用控制变量法对影响滑动摩擦力和静摩擦力大小的因素进行实验探究.
2.培养学生的逻辑思维能力,培养学生利用知识解决实际问题的能力.
情感态度与价值观
通过静摩擦力的探究过程，培养学生科学的思想方法.
课前准备
教具准备:木块、弹簧秤、木板、毛巾、纸、钢板、砂纸、水等.
知识准备:搜集有关的摩擦力信息.
教学过程
导入新课
活动导入
准备两只碗，分别放入数量较多的玻璃小球，一只碗内是光滑干净的，另一只碗内是粘有灰尘的.请两个同学把玻璃球从碗中用筷子夹出来，比赛看谁夹得快.然后让两位同学分别说出自己的感想,从而引出摩擦力的问题.[来源:21世纪教育网
情景导入
(课件展示)播放运动员滑雪的录像,如图3-3-1,让学生说出滑雪要求的环境条件，然后导
出摩擦力的概念.
图3-3-1
问题导入21世纪教育网
粉笔在黑板上可以写出字来,在玻璃上写得出来吗?试试看.想想若在外面的柏油路面上用粉笔写字又会有何不同?为什么？你认为摩擦力是一种什么样的力？
让学生用自己的语言叙述摩擦力.
推进新课
学生在初中阶段已经学习过摩擦力，通过直接提问使学生回忆并叙述摩擦力的概念.21世纪教育网
概念：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，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力.本节课就来深入研究摩擦力.
请学生做个小实验：要求学生用逐渐增大的水平力推动在教室中放置的桌子，直到推动一段距离.(设计意图:让学生体会并分析出桌子受到推力和摩擦力的作用，使学生产生对静摩擦力和滑动摩擦力的感性认识)
学生活动:学生按老师要求推桌子，并感受推力大小变化.
问题：为什么用力推桌子而桌子不一定运动？为什么想让桌子继续运动还要继续推？
初步引出对静摩擦力和滑动摩擦力的感性认识.
一、静摩擦力
由用力推桌子而不动，师生讨论引导出静摩擦力的概念：两个相互接触的物体之间有相对运动趋势而又保持相对静止时,在接触面间所产生的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力.
问题：静摩擦力是一恒定的力吗？怎样求静摩擦力的大小？怎样判断静摩擦力的方向？
【实验探究】 在水平桌面上放一木块，用弹簧测力计沿水平方向用较小的力拉木块但保持木块不动，并不断缓慢地增大拉力.注意提示学生观察弹簧秤的示数变化.
实验如图3-3-2：
图3-3-2
实验现象：我们可以看到随着拉力的增大，弹簧秤的示数不断增大.21世纪教育网
结论：由二力平衡的知识可以知道，木块受到的静摩擦力大小等于弹簧秤的拉力，方向和拉力的方向相反.所以静摩擦力不是一固定值，它随外力的变化而变化，总是和外力大小相等、方向相反.
继续试验：在弹簧测力计指针下轻塞一个小纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标志.在刚才实验的基础上继续用力，当拉力达到一定的值时木块开始移动，此时拉力会突然变小.要求学生记下刚才的最大值.
结论：静摩擦力的增大有一个限度，这个限度就是最大静摩擦力Fmax，其值等于物体刚刚开始运动时的拉力.两物体间实际发生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间.
问题：最大静摩擦力的大小和什么因素有关呢？（教师提出问题，由学生自主设计实验验证最大静摩擦力大小的决定因素）
学生活动:学生设计实验并探究，整理分析实验数据.
参考设计：
1.装置如上面的实验，在木块上面增加砝码，验证在不同的压力作用下的最大静摩擦力的大小；保持压力不变，分别在桌面上、棉布面上、毛巾面上验证最大静摩擦力的值.
2.用手握一油瓶，手的握力恰好使得油瓶不下落，此时最大静摩擦力等于瓶的重力.不断增加瓶中的油，要想瓶恰不滑落，应该增加手的握力即压力,由此判断最大静摩擦力和压力的关系.换用不同粗糙程度的瓶子做实验，验证最大静摩擦力和接触面的粗糙程度的关系.
活动:学生交流讨论并得出结论:
1.静摩擦力大小值并不唯一；
2.最大静摩擦力与压力和接触面有关系.
引导学生说一下生活中和生产中利用静摩擦力的事例.
（课件展示）图片示例：
图3-3-3
课堂训练（课件展示）
1.有关静摩擦力的说法中正确的是（ ）
A.只有静止的物体才受静摩擦力 B.静摩擦力与压力成正比
C.静摩擦力可能与运动方向垂直 D.静摩擦力的方向与物体运动方向一定相反
解析：受静摩擦力作用的物体不一定静止，故A错.静摩擦力的大小与压力无关，而与物体的运动状态及所受其他力的情况有关，故B错.静摩擦力的方向可与运动方向成任意角度，故C正确.静摩擦力的方向与运动方向无关，但一定与相对运动方向相反，故D错.
答案：C
2.如图3-3-4所示，用外力F水平压在质量为m的物体上（设受力F的面绝对光滑），恰好使物体静止，此时物体与墙之间的摩擦力为______；如果F增大为3F，物体与墙之间的摩擦力为______.
图3-3-421世纪教育网
解析：物体受向下的重力为mg，由二力平衡条件知静摩擦力大小也为mg，方向向上，当推力增为3F时，物体重力不变，则静摩擦力也不变.
答案：mg mg
二、滑动摩擦力
概念：当一个物体在另一个物体表面上滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力.滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反.（可以通过复习回忆得出，或者通过演示实验总结得出，也可以直接给出）
（提出要求）利用教材演示实验仪器设计实验，定量研究影响滑动摩擦力大小的因素.（设计意图：使学生意识到应采用控制变量法进行多变量的研究；使学生体会摩擦力的大小的影响因素）
1.引导学生进行实验原理的探究.
(学生活动:思考并交流讨论得出利用二力平衡定量测量滑动摩擦力的大小)
2.引导学生进行实验方法的探究
(学生活动:思考并交流讨论得出控制变量法)
3.组织学生利用已有器材进行实验探究
(学生活动:学生进行分组实验探究)
4.要求学生设计表格记录数据，并通过对数据的分析初步得出自己的结论.
(学生活动:展示自己的数据，并对数据进行分析，最终定量得出压力与滑动摩擦力的关系，对动摩擦因数有定性的认识)（设计意图：培养学生实验数据的分析处理能力）
小结：滑动摩擦力的计算公式f=μN.（设计意图：训练学生语言表达及逻辑推理能力）
介绍动摩擦因数的物理意义及常见材料间的动摩擦因数.
课件展示：
几种材料间的动摩擦因数
材料
动摩擦因数
材料
动摩擦因数
钢—钢
0.25
钢—冰
0.02
木—木
0.30
木头—冰
0.03
木—金属
0.20
橡胶轮胎—路面（干）21世纪教育网
0.71
皮革—铸铁
0.28
例题.滑雪是北方地区人们喜爱的一种运动.有的地方人们用鹿拉滑雪板进行滑雪比赛.已知滑雪板与冰面间的动摩擦因数为0.02，滑雪板和人的总质量为180 kg.如果鹿拉着滑雪板做匀速直线运动，求鹿的拉力大小.
解析：由于滑雪板做匀速直线运动，可知鹿的拉力F与滑动摩擦力的大小相等，即F=f.同时，滑雪板与冰面的压力N与滑雪板和人的重力相等，即N=G.21世纪教育网
由滑动摩擦力公式，可求出鹿的拉力大小为
F=f=μN=μMg=0.02×180×9.8 N=35.3 N.
答案:35.3 N
课堂训练[来源:21世纪教育网]
质量为2 kg的物体，静止在水平面上.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大小视为相等.给物体一水平拉力.
(1)当拉力大小变为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？21世纪教育网
(2)当拉力大小变为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
(3)此后若将拉力又减小为5 N（物体仍在滑动），地面对物体的摩擦力是多大？
(4)若撤去拉力，在物体继续滑动的过程中，地面对物体的摩擦力是多大？（取g=10 N/kg）
解析：（1）当拉力F=5 N时，F＜fmax,物体没有滑动，地面对物体的摩擦力为静摩擦力,f=F=5 N；
（2）当拉力F=12 N时，F＞fmax,物体滑动起来，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力F滑=μN=μmg=0.5×2×10 N=10 N；
（3）当拉力又减小为5 N时，由于物体仍在地面上滑动，所以物体受到地面的摩擦力仍是滑动摩擦力，所以仍是10 N；
（4）当拉力撤去后，由于物体继续在地面上滑动，物体受到地面的摩擦力仍是滑动摩擦力，所以仍为10 N.
答案：（1）5 N （2）10 N （3）10 N （4）10 N
知识拓展
增大有益摩擦：
1.增加物体表面的粗糙程度.如：鞋底、车轮胎、各种旋钮表面都有花纹.
2.增大压力.如：电动机的皮带拉得很紧，以便增大压力来增大摩擦力，防止皮带打滑.
减小有害摩擦：
1.用滚动摩擦代替滑动摩擦：用滚动轴承代替滑动轴承.
2.减小表面粗糙程度：加润滑油.
课堂小结
1.两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时，在接触面上产生一种阻碍物体间相对运动的力，叫摩擦力.
静摩擦力
滑动摩擦力
符号及单位
产生原因
表面粗糙有挤压作用的物体间具有相对运动趋势时
表面粗糙有挤压作用的物体间发生相对运动时
摩擦力用f表示
单位:牛顿
简称:牛
符号:N
大小
始终与外力沿着接触面的分量相等21世纪教育网
f=μN
方向
与相对运动趋势相反
与相对运动方向相反
2.摩擦力的大小与压力大小有关，跟物体间接触面的粗糙程度有关.
常用增大压力和使接触面更粗糙的方法增大有益摩擦.减小有害摩擦的方法有:使摩擦面光滑，用滚动代替滑动，使摩擦面脱离接触（加润滑油、气垫）这三种方法.
布置作业
1.教材第62页，“问题与练习”2、3.
2.教材第60页“做一做”.
板书设计
3 摩擦力
1.摩擦力产生的条件
（1）接触面粗糙
（2）在接触面上有垂直作用的正压力
（3）有相对运动或者有相对运动趋势
2.静摩擦力
（1）变力:0＜F静≤Fmax
（2）方向：静摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反
3.滑动摩擦力
（1）大小：F=μFN
（2）方向：滑动摩擦力的方向总是与接触面相切，且与相对运动方向相反
活动与探究
1.设计实验测量纸面间的动摩擦因数.
2.观察自行车上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，你能想出哪些办法来增大或减小它们.
自主设计实验.包括选择实验器材、设计实验步骤,并设计、写出实验报告.
习题详解
1.解答:手压着桌面向前移动时,手受到桌面的滑动摩擦力作用.滑动摩擦力的方向与手指移动的方向相反,阻碍手指的运动.手对桌面的压力越大,手指受到的滑动摩擦力越大,对手指相对桌面运动的阻碍作用越明显.
2.解答:(1)不受.因为瓶子与桌面之间没有相对运动的趋势.
(2)受静摩擦力作用,静摩擦力的方向沿桌面斜向下.
(3)受静摩擦力作用,静摩擦力的方向竖直向上(瓶子处于竖直状态).
(4)受滑动摩擦力作用,摩擦力的方向沿纸条相对瓶子的运动方向.
3.答案:35 N 30 N 0.3 20 N
设计点评
本节重点是理解动摩擦因数的意义和滑动摩擦力大小的计算和方向的判定.难点是对静摩擦力的理解，尤其是静摩擦力方向和大小的确定.教学中通过大量的实例，并借助受力分析等方法来突破.静摩擦力是由于物体间具有相对运动趋势而产生的，其方向与相对运动趋势相反.如何判定静摩擦力的方向?通过假设物体间不存在摩擦力，那么在其他力的作用下物体将往什么方向运动去思考确定.教学时特别注意了对于静摩擦力大小与所受外力及所处运动状态的关系.设计中基本遵循问题—理论—问题的模式进行.
自主广场
我夯基 我达标
1.有关静摩擦力的说法中正确的是（ ）
A.只有静止的物体才受静摩擦力 B.静摩擦力与压力成正比
C.静摩擦力可能与运动方向垂直 D.静摩擦力的方向与物体运动方向一定相反
解析：受静摩擦力作用的物体不一定静止，故A错.静摩擦力的大小与压力无关，而与物体的运动状态及所受其他力的情况有关，故B错.静摩擦力的方向可与运动方向成任意角度，故C正确.静摩擦力的方向与运动方向无关，但一定与相对运动方向相反，故D错.
答案：C
2.下列有关滑动摩擦力的说法正确的是（ ）[来源:21世纪教育网
A.物体所受的滑动摩擦力与物体所受的重力成正比
B.滑动摩擦力总与物体运动方向相反
C.滑动摩擦力总是阻力
D.滑动摩擦力随压力增大而增大
解析：滑动摩擦力与压力成正比，它解释了有压力的地方才有摩擦力，又解释了滑动摩擦力与接触面上的物理性质有关，滑动摩擦力与压力之比值，可以描述接触面的这一物理性质，将F/FN定义为动摩擦因数，即μ=F/FN.μ只与接触面的粗糙程度、接触面的材料有关，与接触面积和接触面上的受力情况无关.因此D正确，A不正确.滑动摩擦力阻碍的是相互接触的两物体间的相对运动，因此其方向与相对运动方向相反，而不是与物体运动方向相反，故B不正确.既然滑动摩擦力阻碍的是两接触物体间的相对运动，不一定阻碍物体的运动.因此不一定是阻力，故C错误.[来源:21世纪教育网
答案：D
3.三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，由于所受水平拉力不同，A做匀速运动，B做加速运动，C做减速运动，那么它们受到的摩擦力大小关系应是（ ）
A.FB>FA>FC B.FA解析：由F=μFN知F的大小只与μ和FN有关，与物体的运动状态无关，由于该题中FN与重力G相等，故F相同.21世纪教育网
答案：C
4.下列说法中正确的是（ ）[来源:21世纪教育网
A.相互接触并有相对运动的两物体间必有摩擦力
B.两物体间有摩擦力，则其间必有弹力
C.两物体间有弹力，则其间必有摩擦力
D.则两物体间无弹力，其间必无摩擦力
解析：相互接触的两物体之间可能没有压力，则它们之间就可能没有摩擦力；若相互接触的两物体之间有压力，但两物体接触面光滑，则也不可能有摩擦力；如果两物体间有压力，且它们之间是粗糙面接触，则可能有摩擦力.选项A可能是以上三种情况之一，并非一定是第三种情况，所以选项A错误.有弹力是有摩擦力的必要条件，所以有摩擦力必有弹力，B正确.有弹力是有摩擦力的必要条件，但不是充分条件，若保证有摩擦力，还需要两物体有相对运动趋势，且接触面粗糙的条件，所以选项C错误.由于有弹力是有摩擦力的必要条件，现不满足必要条件，就一定没有摩擦力，选项D正确.
答案：BD
5.运动员双手握住竖直的竹竿匀速上攀和匀速下滑时，它所受到的摩擦力分别为F上和F下，下列说法正确的是（ ）
A.F上向上，F下向下，F上=F下 B.F上向下，F下向上，F上>F下
C.F上向上，F下向上，F上=F下 D.F上向上，F下向下，F上>F下[来源:21世纪教育网]
解析：由题意知，运动员向上向下都是匀速，只受重力和摩擦力作用，故二力平衡，摩擦力总是向上，且大小都等于运动员的重力.
答案：C
6.如图3-3-9所示，用外力F水平压在质量为m的物体上（设受力F的面绝对光滑），恰好使物体静止，此时物体与墙之间的摩擦力为__________________；如果F增大为3F，物体与墙之间的摩擦力为_____________________.
解析：物体受向下的重力为mg，由二力平衡条件知静摩擦力大小也为mg，方向向上，当推力增为3F时，物体重力不变，则静摩擦力也不变.
图3-3-921世纪教育网
答案：mg mg
7.体的重力为200 N，放置在水平桌面上，它与地面间的动摩擦因数是0.38，与地面间的最大静摩擦力是80 N.
(1)用50 N、水平方向的力推物体，地面对物体的摩擦力是_________________N.
(2)至少用_______________N的水平力，才能把物体推动.
(3)物体运动起来以后，若使其保持匀速直线运动状态，应在水平方向加_________N的推力.
(4)物体在运动过程中，若把水平推力增加到80 N，地面对物体的摩擦力为_____________N.
(5)此后若把推力减小到50 N，直到静止前，地面对物体的摩擦力为___________________N.
(6)若撤去外力，直到静止前，地面对物体的摩擦力为________________N.
解析：（1）因为50 N小于最大静摩擦力80 N，物体静止，故摩擦力为50 N.（2）应用80 N的力才能将物体推动.因为只有推力大于最大静摩擦力，物体才可以从静止开始运动.（3）物体运动起来后，受滑动摩擦力作用，根据F=μFN，FN=200 N，得F=0.38×200 N=76 N，故应加76 N的推力.(4)物体运动以后，物体受到滑动摩擦力的作用，F=μFN=0.38×200 N=76 N.
(5)推力减小后，物体减速运动但物体仍受滑动摩擦力的作用，故F=μFN=0.38×200 N=76 N.
(6)撤去外力后，物体仍向前运动，还是受滑动摩擦力的作用，F=μFN=0.38×200 N=76 N.
答案：(1)50 (2)80 (3)76 (4)76 (5)76 (6)76
我综合 我发展
8.某人推着自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F1，对后轮的摩擦力为F2；当人骑着自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F3，对后轮的摩擦力为F4，下列说法中正确的是（ ）
A.F1与车前进方向相同 B.F2与车前进方向相同
C.F3与车前进方向相同 D.F4与车前进方向相同
解析：推着自行车前进时，两车轮都受向后的摩擦力，与运动方向相反；骑车前进时，后轮产生动力，受向前的摩擦力，前轮仍受向后的摩擦力.
答案：D
9.如图3-3-10所示，一木板B放在水平面上，木块A放在B的上面，A的右端通过一不可伸长的轻绳，固定在直立墙壁上、用力F向左拉动B，使它以速度v做匀速运动，这时绳的张力为F1.下列说法正确的是（ ）
图3-3-10
A.木块B受到的滑动摩擦力大小为F1
B.水平面受到的滑动摩擦力大小为F1
C.木块A受到的滑动摩擦力大小为F1
D.若木块B以速度2v做匀速运动，则应使拉力等于2F
解析：对A、B受力分析如图所示，木块A处于静止状态，它在水平方向上受到向右的拉力F1和B对它向左的滑动摩擦力FBA，据二力平衡得FBA=F1.选项C正确.对B分析，和它接触的有A和地面，都对它有向右的滑动摩擦力，它做匀速运动也是平衡状态，有F=FB+FBA=F1+F地B,故A选项不正确.水平面受到的是B对它的摩擦力，FB地=μ（GA+GB）≠F1.故B选项不正确.无论B做怎样的匀速运动，它和A之间的滑动摩擦力都不变，因为滑动摩擦力只取决于μ和正压力，与运动速度无关，因此，拉力F也就不变.D选项不正确.
答案：C
10.如图3-3-11所示，一辆汽车在平直公路上，车上有一木箱，试判断下列情况中，木箱
所受摩擦力的方向.[来源:21世纪教育网
图3-3-11
(1)汽车由静止加速运动时（木箱和车面无相对滑动）；
(2)汽车刹车时（二者无相对滑动）；21世纪教育网
(3)汽车匀速运动时（二者无相对滑动）；
(4)汽车刹车，木箱在车上向前滑动时；
(5)汽车在匀速运动过程中突然加速，木箱在车上滑动时.
解析：(1)木箱随汽车一起由静止加速运动时，假设二者的接触面是光滑的，则汽车加速时木箱由于惯性要保持原有状态，因此它将相对于汽车向后运动.而实际木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向后滑动的趋势，所以木箱受到向前的静摩擦力.
(2)汽车刹车时，速度变小，假设木箱与汽车的接触面是光滑的，则木箱相对汽车向前运动，而实际木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向前滑动的趋势，所以木箱受到向后的
静摩擦力.
21世纪教育网
(3)木箱随汽车一起匀速运动时，二者无相对滑动，假设木箱受水平向右的摩擦力，则其受力如图所示，跟木箱接触的物体只有汽车，汽车最多能对它施加两个力（支持力F1和摩擦力F2），由二力平衡条件知：F1与G抵消，但没有力与F2抵消，不能做匀速直线运动，这与题意矛盾，所以假设错误，木箱不受摩擦力.
(4)汽车刹车，木箱相对于汽车向前滑动，易知木箱受到向后的滑动摩擦力.
(5)汽车在匀速过程中突然加速，木箱相对于汽车向后滑动，易知木箱受到向前的滑动摩擦力.
答案：(1)向前 (2)向后 (3)无摩擦力 (4)向后 (5)向前
我创新 我超越
11.我国邹德俊先生发明了吸附式挂衣钩，挂衣钩的主要部分是用橡胶制成的皮碗，挂衣钩可以吸附在平整墙壁上或木板上，与墙壁接触时，只有皮碗的2/5与墙壁接触，中空部分是真空，如图3-3-12所示.若皮碗的整个截面面积为S，外界大气压强为p，橡皮与墙面间的动摩擦因数为μ,根据材料分析：
图3-3-1221世纪教育网
挂衣钩截面图
（1）挂衣钩为什么能够吸附在墙上，即使挂上重物也不能脱落？试分析其原理.
（2）挂衣钩最多能挂多重的重物？
解析：当所挂重物的重力超出了皮碗与墙壁之间的最大静摩擦力时，皮碗就会相对墙壁滑动而使衣钩脱落.当挂衣钩吸附在墙壁上时，对墙的压力为FN=p0S，滑动摩擦力与最大静摩擦力相差很小，在计算时可以认为相等.故挂衣钩能够挂的最大重力为G=μFN=μp0S.
