高中物理粤教版必修一学案 第三章+第二节+研究摩擦力+Word版含答案

第二节研究摩擦力
一、滑动摩擦力
1．概念
两个相互接触的物体有相对滑动时，物体之间存在的摩擦叫做滑动摩擦。在滑动摩擦中，物体间产生的阻碍物体相对滑动的作用力，叫做滑动摩擦力。
2．方向
滑动摩擦力的方向总是跟接触面相切，并且跟物体相对滑动的方向相反。
3．大小
(1)公式：f＝μFN，FN是接触面间的正压力，μ是动摩擦因数。
(2)μ的大小与接触面的材料、粗糙程度有关。
二、静摩擦力
1．概念
当物体具有相对滑动趋势时，物体间产生的摩擦叫做静摩擦，这时产生的摩擦力叫做静摩擦力。
2．方向
跟接触面相切，且跟物体的相对运动趋势的方向相反。
3．大小
静摩擦力的大小具有不确定性和被动性，静摩擦力的大小随推力的增大而增大，所以说静摩擦力的大小是由外部因素决定。
4．最大静摩擦力
物体所受到的静摩擦力有一个最大限度，这个最大值叫做最大静摩擦力。最大静摩擦力比滑动摩擦力略大，为计算简便，有时可以认为最大静摩擦力近似地等于滑动摩擦力。
1．自主思考——判一判
(1)一个物体在另一个物体表面滑动时，一定产生摩擦力。(×)
(2)滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体运动方向相反。(×)
(3)静止的物体可能受到滑动摩擦力。(√)
(4)静摩擦力总是发生在相对静止且有相对运动趋势的物体之间。(√)
(5)运动的物体不可能受静摩擦力的作用。(×)
(6)静止于水平粗糙地面上的木箱，受到的静摩擦力大小与推力大小有关。(√)
2．合作探究——议一议
(1)用手握住瓶子，使瓶子在竖直方向上静止，当担心手中瓶子掉下去时，总是用力握得更紧一些。这时瓶子所受的摩擦力增大了吗？
图3-2-1
提示：由于手与瓶子保持相对静止，手与瓶子之间的摩擦力为静摩擦力，由二力平衡得，摩擦力总与重力大小相等，当用力握紧瓶子时，手与瓶子接触处压力增大，手对瓶子的最大静摩擦力增大，但静摩擦力保持不变。
(2)滑动摩擦力公式f＝μFN中的“FN”的大小等于物体的重力吗？
提示：不一定。FN是两接触物体间的压力(弹力)。
(3)用力将黑板擦(毛较长)在黑板上滑动，观察毛刷的弯曲方向。如图3-2-2所示，毛刷为什么向后弯曲？
图3-2-2
提示：因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿板面，与板擦相对于黑板的运动方向相反。
对摩擦力的理解
1．摩擦力的产生条件
(1)接触面粗糙。
(2)两个物体之间有弹力。
(3)有相对运动或相对运动趋势。这三个条件必须同时满足才能产生摩擦力。
2．“相对”的含义
相对运动或相对运动趋势指的是相互产生摩擦力的两个物体之间，而不是物体相对于地面。
3．摩擦力产生的效果
(1)摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势，不一定阻碍物体的运动。
(2)摩擦力可以是阻力也可以是动力，如匀速前进的自行车，后轮受到的摩擦力为动力，前轮受到的摩擦力为阻力。
1．下列关于摩擦力的说法，正确的是(　　)
A．不接触的两物体间可能存在摩擦力
B．相互接触且有挤压的两物体间一定存在摩擦力
C．摩擦力总是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势
D．摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反
解析：选C　相互接触挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势是摩擦力产生的三个条件。三个条件必须同时满足，才产生摩擦力，A、B错误；摩擦力的效果总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，C正确；摩擦力的方向与物体相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反，与物体运动的方向可能相同，如货车启动时货物所受的摩擦力，故D错误。
2．(多选)下列关于摩擦力的说法，正确的是(　　)
A．作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速
B．作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速，不可能使物体减速
C．作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使物体加速
D．作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速
解析：选CD　摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能与物体运动方向相反，但一定是与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反。当滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同时，使物体加速，选项A错误、C正确；当静摩擦力的方向与物体的运动方向相反时，使物体减速，选项B错误、D正确。
3．下列关于摩擦力的说法正确的是(　　)
A．受到静摩擦力作用的物体一定是静止的
B．受到滑动摩擦力作用的物体一定是运动的
C．静摩擦力可以是动力，而滑动摩擦力只能是阻力
D．摩擦力可以是动力，也可以是阻力
解析：选D　静摩擦力发生在相对静止的物体之间，滑动摩擦力发生在相对运动的物体之间，这里所说的“相对静止”和“相对运动”是分别以这两个物体为参考系而言的，若以其他物体为参考系，则可能都是静止的，也可能都是运动的，选项A、B错误。而摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，若以其他物体为参考系，摩擦力可能是动力，也可能是阻力，选项C错误，D正确。
摩擦力有无及方向的判断
1．根据物体运动状态判断静摩擦力的有无
A、B叠放在一起，用力F拉物体B，而A、B都静止，如图3-2-3甲所示。假设物体B对A有摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力，不可能保持静止状态，所以A、B之间不存在静摩擦力。
　　
图3-2-3
2．根据力的相互作用判断静摩擦力的方向
A、B叠放在一起，用力F拉物体A，而A、B都静止，如图乙所示。假设A、B之间没有静摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力F的作用，不可能保持静止，所以A、B之间一定有静摩擦力存在。根据二力平衡原理，B对A的静摩擦力一定向左，再根据力的相互作用原理，A对B的静摩擦力一定向右，则地面对B的静摩擦力一定向左。
3．利用假设法判断相对运动趋势的方向
(1)方法
假设研究对象与被接触物体之间光滑，若它们之间发生相对滑动，则其相对滑动方向就是原先的相对运动趋势方向；若它们之间不会发生相对滑动，则说明两个接触的物体没有相对滑动的趋势。
(2)步骤
①确定所要研究的对象。
②选与被研究对象接触的物体作为参考系。
③假设接触面光滑，分析出研究对象与参考系相对运动趋势方向。
④静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。
[典例]　如图3-2-4所示，判断下列情况下物体A和C是否受摩擦力作用(A、B、C均相对静止)：
图3-2-4
(1)图(a)中相对地面静止；
(2)图(b)中一起做匀速运动。
[思路点拨]　根据摩擦力的产生条件，利用假设法或状态分析法判断。
[解析]　两种情况下A、C均处于平衡状态，在水平方向上所受合力为零。对于(a)情形，A受到水平向左的推力F，所以欲满足A合力为零，水平方向必受到向右的静摩擦力。把A、B、C视为一个整体，向左和向右的推力F相互抵消，假设地面对C有摩擦力作用。则整体不可能处于平衡，故地面对C无摩擦力作用；隔离C，C受到水平向右的推力F，地面对C无摩擦力，所以只有B对C产生向左的静摩擦力，C才能实现水平方向合力为零。
对于(b)情形，假设A受到静摩擦力，则A不会处于平衡状态，所以A不受摩擦力作用。将A、B、C视为一个整体，整体受到向右的拉力F，且做匀速运动，所以地面对整体有向左的滑动摩擦力，即C受到向左的滑动摩擦力。隔离C，C受到地面向左的滑动摩擦力，所以只有B对C产生向右的静摩擦力，C才能满足水平方向合力为零。
[答案]　(1)A受到水平向右的静摩擦力，C受到来自B的水平向左的静摩擦力。
(2)A不受摩擦力，C受到来自地面水平向左的滑动摩擦力、来自B的水平向右的静摩擦力。
(1)采用假设法判断摩擦力是否存在的关键是假设接触面光滑，然后分析研究对象的运动情况。
(2)对于相对复杂的题目，一般先分析受力简单的物体，再根据力的相互性分析与其接触物体的受力情况。　　　　

1．(多选)如图3-2-5所示，用一个水平推力向右推放在水平地面上的木箱，没有推动，则下列说法正确的是(　　)
图3-2-5
A．木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相同
B．木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相反
C．木箱受水平向左的静摩擦力
D．木箱受水平向右的静摩擦力
解析：AC　假设木箱与地面间无静摩擦力，则人推木箱时，木箱必向右运动，现没推动，但有向右运动的趋势，故木箱受向左的静摩擦力，选项A、C正确，选项B、D错误。
2．如图3-2-6所示，物体A、B在拉力F作用下一起以相同的速度沿F方向匀速运动，关于B所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　)
图3-2-6
A．图中B物体不受静摩擦力作用
B．图中B物体受到静摩擦力，且方向与F方向相反
C．图中B物体受到A物体对它的静摩擦力，且方向与F方向相同
D．图中B物体受到A物体对它的静摩擦力，且方向与F方向相反
解析：选A　假设B受到静摩擦力，而B水平方向不再受其他力的作用，则B所受合力不为零，这与B匀速运动所受合力为零相矛盾，所以B不受静摩擦力。由力的相互性我们可以确定B物体不对A物体产生静摩擦力，故选项A正确。
3.如图3-2-7所示，水平地面上堆放着原木。关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是(　　)
图3-2-7
A．M处受到的支持力竖直向上
B．N处受到的支持力竖直向上
C．M处受到的静摩擦力沿MN方向
D．N处受到的静摩擦力沿水平方向
解析：选A　M处支持力方向垂直于地面，因此竖直向上，A项正确；N处的支持力方向垂直于原木P，因此B项错误；M处受到的静摩擦力方向平行于地面，C项错误；N处受到的静摩擦力方向平行于原木P，D项错误。
摩擦力的计算
1．滑动摩擦力大小的计算
(1)公式法：根据f＝μFN计算。
①根据物体的受力情况，求出正压力FN。
②根据f＝μFN求出滑动摩擦力。
(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡的条件求解。
2．静摩擦力大小的计算
(1)根据受力情况和二力平衡条件确定，静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力。
(2)随着相对运动趋势的增强，静摩擦力也逐渐变大，但不能一直增大。当静摩擦力增大至某一数值后，物体将开始沿接触面滑动，静摩擦力被滑动摩擦力取代。静摩擦力能达到的最大值叫做最大静摩擦力fmax。静摩擦力的范围为0＜f≤fmax。
(3)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，即fmax＝μFN。
[典例]　重为40 N的木箱放在水平地面上，木箱与地面间的最大静摩擦力为12 N，动摩擦因数为0.25。如果分别用8 N和16 N的水平力推木箱，求木箱受到的摩擦力分别为多少？
[思路点拨]　解答本题的思路为：
[解析]　用8 N的水平力推木箱，推力小于最大静摩擦力，木箱不动，由二力平衡条件可知，木箱受到8 N的静摩擦力。
用16 N的水平力推木箱，推力大于最大静摩擦力，木箱运动，由于竖直方向处于平衡状态，由二力平衡条件可知，FN＝G，则滑动摩擦力f＝μFN＝μG＝0.25×40 N＝10 N。
[答案]　8 N　10 N
计算摩擦力的三点技巧
(1)求解摩擦力时，先分清是什么摩擦力，然后再选择方法求解。
(2)静摩擦力的计算没有公式可用，滑动摩擦力才可用公式f＝μFN求解，FN是物体接触面间的正压力，FN的大小要根据受力情况来确定，不一定等于mg。
(3)若物体处于平衡状态，无论是滑动摩擦力还是静摩擦力，都可用二力平衡条件求解。
　　　　

1.如图3-2-8所示，两块木板紧紧夹住木块，一直保持静止，木块重为30 N，木块与木板间的动摩擦因数为0.2。若左、右两端的压力F都是100 N，则木块所受的静摩擦力大小和方向是(　　)
图3-2-8
A．30 N，方向向上　　　　　 B．20 N，方向向上
C．40 N，方向向下 D．100 N，方向向上
解析：选A　由于木块静止，故静摩擦力与重力平衡，f＝G＝30 N，方向向上。
2．一个所受重力为200 N的桌子放在水平地面上，当用水平力F1＝10 N向右推它时，桌子没有被推动，则地面对桌子的静摩擦力f1＝________，方向________。当水平力增至F2＝50 N，桌面刚能被推动，则地面对桌子的最大静摩擦力fmax＝________，方向________。
解析：在F1的作用没有推动时，桌子有相对地面向右运动的趋势，故受静摩擦力作用，方向向左，由二力平衡可知大小等于F1，即f1＝F1＝10 N，当力增大到F2＝50 N时，刚好推动，说明最大静摩擦力fmax＝50 N，方向向左。
答案：10 N　向左　50 N　向左
3．马拉着自重600 N的雪橇在水平冰面上做匀速直线运动，马需用水平拉力18 N。若在雪橇上载货500 kg，马要用多大的水平力可使雪橇仍做匀速直线运动？雪橇和冰面间的动摩擦因数为多大？(g取10 N/kg)
解析：雪橇做匀速直线运动F1＝f1，
又f1＝μN1，N1＝G1＝600 N
得μ＝＝＝0.03
在雪橇上载货500 kg后，
N2＝G1＋m2g＝600 N＋500×10 N＝5 600 N
则f2＝μN2＝0.03×5 600 N＝168 N
水平拉力F2＝f2＝168 N。
答案：168 N　0.03
1．两个相互接触的物体，关于接触处的弹力和摩擦力，以下说法正确的是(　　)
A．一定有弹力，但不一定有摩擦力
B．如果有弹力，则一定有摩擦力
C．如果有摩擦力，则一定有弹力
D．如果有摩擦力，则其大小一定与弹力成正比
解析：选C　摩擦力的产生条件为：两个物体间接触且挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。而两物体间弹力的产生条件为接触且挤压，所以有摩擦力必定有弹力，有弹力不一定有摩擦力。故C正确，A、B、D错误。
2．下列关于摩擦力的叙述中错误的是(　　)
A．机车的车轮与钢轨的摩擦力有时是有利的
B．磁悬浮列车是通过悬浮来减小甚至消除与轨道的挤压而减小摩擦力的
C．人走路时，脚和地面之间的摩擦是有害的
D．减小摩擦，可以在两物体之间加润滑油
解析：选C　车轮和钢轨的摩擦力有时是有利的，A正确；磁悬浮列车减小甚至消除了它与轨道间的压力从而减小摩擦力，B正确；脚与地面之间没摩擦人将无法行走，C错误；加润滑油可以减小摩擦，D正确。
3．下列关于摩擦力的说法正确的是(　　)
A．静摩擦力一定发生在静止的两个物体之间
B．静摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同
C．摩擦力的方向一定与运动方向相反
D．滑动摩擦力总是与重力成正比
解析：选B　静摩擦力发生在相对静止的两个物体间，但两物体可能同时运动，所以A选项错；静摩擦力与物体相对运动趋势方向相反，而与物体的运动方向可能相同，B选项对，C选项错；滑动摩擦力与两物体间压力成正比，与重力无关，D选项错。
4．关于滑动摩擦力，下列说法中正确的是(　　)
A．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反
B．滑动摩擦力总是阻碍物体的运动
C．滑动摩擦力的大小跟物体相对运动的速度大小有关
D．滑动摩擦力是成对出现的，一个物体在水平地面上滑动时，地面也要受到滑动摩擦力作用
解析：选D　滑动摩擦力总是与物体的相对运动方向相反，但不一定与物体的运动方向相反，其大小决定于物体接触面之间的动摩擦因数和正压力，与物体相对运动速度无关，A、B、C全错；力是物体之间的相互作用，所以D正确。
5．关于动摩擦因数，下列说法正确的是(　　)
A．两接触面间压力越大，动摩擦因数越大
B．两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数越大
C．两物体间的动摩擦因数与动摩擦力成正比，与两物体间的压力成反比
D．两物体间的动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度等决定的，与动摩擦力和正压力无关
解析：选D　两接触面间压力越大，动摩擦因数不变，故A错误；两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数仍不变，故B错误；动摩擦因数与其它因素无关，只与接触面的粗糙程度、相互接触的物体的材料有关，所以D正确，C错误。
6．物体与支持面间有滑动摩擦力时，下列说法正确的是(　　)
A．物体与支持面间的压力越大，滑动摩擦力越大
B．物体与支持面间的压力不变，动摩擦因数一定，接触面积越大，滑动摩擦力越大
C．物体与支持面间的压力不变，动摩擦因数一定，速度越大，滑动摩擦力越大
D．动摩擦因数一定，物体与支持面间的压力越大，滑动摩擦力越大
解析：选D　滑动摩擦力的大小和接触面的粗糙程度，以及压力的大小有关，即f＝μ FN。滑动摩擦力与接触面的大小，以及相对运动的速度无关。故A、B、C错误，D正确。
7．(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)，如图1所示，下列说法正确的是(　　)
图1
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一定的
D．以上说法都正确
解析：选AC　用手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶受到的重力平衡——静摩擦力的大小由油瓶的重力大小决定。油瓶变重，它受到的静摩擦力必须随之增大，手握得紧一点，相应最大静摩擦力值也就大一些，才能保证油瓶不会掉落下来；如果手握得不够紧，压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶的重力，油瓶就会掉下来。所以选项A正确。手握得越紧，手与瓶之间的压力越大，保证了油瓶所受静摩擦力的大小始终等于油瓶的重力大小，可见，选项B错误，C正确；显然D也不正确。
8．三个质量相同的物体，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．fAC．fB＝fA＝fC D．不能比较大小
解析：选C　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大小相等，故f相同，C正确。
9.如图2所示，传送带运输机把货物运到高处，货物在传送带上没有滑动。则货物受到的摩擦力(　　)
图2
A．是滑动摩擦力，方向沿传送带向下
B．是滑动摩擦力，方向沿传送带向上
C．是静摩擦力，方向沿传送带向下
D．是静摩擦力，方向沿传送带向上
解析：选D　货物被传送带送到高处的过程中，相对传送带静止，故两者之间产生静摩擦力，因货物相对传送带有下滑趋势，故货物受到的摩擦力方向沿传送带向上，D正确。
10．在水平桌面上放一木块，用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉着木块沿桌面运动，则木块受到的摩擦力f随拉力变化的图象正确的是(　　)
解析：选D　当F＝0时，桌面对木块没有摩擦力，f＝0，当木块受到的水平拉力F较小时，木块仍保持静止，但有相对桌面运动的趋势，桌面对木块产生静摩擦力。随着水平拉力F不断增大，木块运动的趋势也逐渐增强，桌面对木块的静摩擦力也相应增大，直到水平拉力F足够大时，木块开始滑动，此时桌面对木块的静摩擦力达到最大值fmax，在这个过程中，由二力平衡条件可知，桌面对木块的静摩擦力f始终与拉力F等值反向。木块滑动后，桌面对它的阻碍作用是滑动摩擦力，它小于最大静摩擦力，并且，在木块滑动的过程中FN＝G不变，所以滑动摩擦力保持不变。故选D。
11．一个质量为80 kg的跳马木箱置于水平地面上，移动它至少要用230 N的水平推力，木箱被推动后，只要200 N的水平推力就可以使它匀速运动。(g＝10 m/s2)求：
(1)跳马木箱与地面的最大静摩擦力；
(2)跳马木箱与地面间的动摩擦因数。
解析：(1)移动木箱至少用230 N的水平推力，故最大静摩擦力fmax＝230 N。
(2)木箱对地面的压力FN＝mg，木箱匀速运动时，水平推力与滑动摩擦力相等，即F＝f，而f＝μFN，所以μ＝＝＝＝0.25。
答案：(1)230 N　(2)0.25
12．如图3所示，物体A重40 N，物体B重20 N，A与B、A与地面的动摩擦因数相同，物体B用细绳系住，当水平力F＝32 N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数。
图3
解析：以A物体为研究对象，其受力情况如图所示，
其中N2为物体B对A的压力：
N2＝GB＝20 N，
地面对A的支持力：
N1＝GA＋N2＝GA＋GB＝60 N，
B对A的滑动摩擦力：
f2＝μN2＝20μ，
地面对A的滑动摩擦力：
f1＝μN1＝60 μ。
又由题意要将A匀速拉出，
则：F＝f1＋f2＝60μ＋20μ＝80μ
代入数据得：μ＝0.4。
答案：0.4