6.4探究滑动摩擦力
复习目标
知道一个物体在另一个物体表面滑动或滚动时,都会产生摩擦,知道什么是滚动摩擦、什么是滑动摩擦
知道影响滑动摩擦力大小的因素是接触面的粗糙程度和压力的大小,知道增大和较小摩擦的方法,了解摩擦在现实生活中的应用
知识网络
滑动摩擦
重难点
重点:探究“滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关”的实验
难点:滑动摩擦力的理解
四.达标测试和提高
一、单选题
如图所示,某同学用40N的水平力将一个重50N的物体压在竖直的墙壁上使其处于静止状态,则物体与墙壁间的摩擦力是(????)
A. 40N B. 50N C. 10N D. 90N
下列四幅图对应的说法正确的是(????)
A. 图(甲)中的某同学沿杆匀速向上爬升时,该同学受到的摩擦力方向向上B. 图(乙)中筷子提米在空中静止时,米对筷子的摩擦力方向向上C. 图(丙)中在力F拉动木板B使其速度逐渐变大的过程中,弹簧测力计的示数也逐渐变大D. 图(丁)为每隔相等时间拍摄的向右运动的某个同学的位置图片,由图可知该同学运动越来越快
下列实例中,为了减小摩擦的是(????)
A. 要把拧得很紧的瓶盖扭开,在手和瓶盖间垫一块毛巾B. 自行车手把上有凹凸不平的条纹C. 为了把玻璃窗擦得更干净些,要用更大一点的力压抹布D. 磁悬浮列车正常运行时,车身和轨道之间脱离接触
如图是常见的小汽车,下列有关说法中正确的是(????)
A. 轮胎上有凹凸不平的花纹是为了减小摩擦B. 小汽车高速行驶时对路面的压力小于汽车的重力C. 汽车关闭发动机后,由于受到惯性作用还能继续向前行驶D. 汽车静止在水平路面上受到的支持力和对地面的压力是一对平衡力
如果上课时教室内的摩擦力突然消失10s,我们身边的情境不可能发生的是(????)
A. 教师和学生可以更轻松地在教室内行走B. 轻轻一吹,书桌上的课本便可飞出去C. 黑板上的粉笔字消失不见了D. 天花板上的吸顶灯会下落
下列是生活中的一些摩擦现象:①走路时鞋底与地面之间的摩擦;②汽车行驶时,汽车与空气之间的摩擦;③骑自行车时,车轮与轴之间的摩擦;④教室的门与门框之间塞入硬纸片,门就不易被风吹开,其中属于有害摩擦的是(????)
A. ①和② B. ②和③ C. ①和④ D. ②和④
2016年底以来,国内共享单车(如图所示)突然在各地“火”了起来。共享单车是一种新型共享经济,符合低碳出行理念。图中,自行车的零部件设计或骑行过程的操作中主要为了减小摩擦的是(????)
A. 轮胎上有花纹B. ?车轴处装有滚珠轴承C. 刹车时用力捏闸D. ?脚蹬表面凹凸不平
下列做法中属于增大摩擦力的是(????)
A. 锁生锈不好开时,可将少量食用油注入就好打开B. 冬天马路上结冰,可在冰面上撒些细沙,就更安全C. 搬运笨重货物时,可在地面上铺根圆木就容易搬动D. 机器运转久了,可在转动部分滴润滑油,就运转得更顺畅了
下列是生活中的一些摩擦现象:①走路时鞋底与地面之间的摩擦;②汽车行驶时,汽车与空气之间的摩擦;③骑自行车时,车轮与轴之间的摩擦;④皮带传动中,皮带与皮带轮之间的摩擦.以上现象中哪些摩擦是有用的(????)
A. ①和② B. ①和④ C. ②和③ D. ②和④
现在全市各校都在开展“足球进校园”活动。关于同学们在足球比赛中涉及到的物理知识,下列分析错误的是(????)
A. 足球鞋底凹凸不平,是为了增大与地面的摩擦力B. 足球能在空中飞行,是因为受到了运动员的脚对它有力的作用C. 用头顶足球攻门时,头感到疼,说明物体间力的作用是相互的D. 守门员一下子抱住射门的足球,说明力可以改变物体的运动状态
2022年北京将举办冬季奥运会,如图是与冰雪项目相关的器材和情景,分析合理的是(????)
A. 滑雪手套掌心处设计花纹是为了减小摩擦B. 滑雪板设计得较宽大是为了增大压强C. 滑雪杖下端装金属尖是为了减小压强D. 冰壶运动员擦冰是为了减小摩擦
下列关于摩擦力的说法,正确的是(????)
A. 发生相对运动的两个物体间一定会产生滑动摩擦力B. 滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反C. 一个物体对另一个物体产生摩擦力的作用,同时自身也受到摩擦力D. 滚动摩擦一定比滑动摩擦小
二、填空题
如图所示,用手握住重5N的瓶子,手与瓶子间的摩擦是静摩擦,此时瓶子受到的静摩擦力大小为______N,方向为______(选填“竖直向下”或“竖直向上”)。增大手对瓶子的握力,瓶子受到的静摩擦力将______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
如图所示,人手握住质量为500g的水杯静止,杯子受到的摩擦力为______N,当人增大握力时杯子所受摩擦力将______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
三、计算题
一个质量为50kg的同学骑自行车上学,自行车质量是20kg,在水平路面上以4m/s速度匀速行驶。(g=10N/kg)求:(1)这位同学受到的重力;(2)该同学骑车沿直线匀速行驶5min通过的路程;(3)该同学骑车匀速行程中所受的摩擦力是总重的0.05倍,求该同学骑车过程中所受的摩擦力。
四、作图题
物体A静止在斜面上,请在图中画出A所受重力G和摩擦力f的示意图。(设两个力的作用点都在图中O点,请在如图中作图。)
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解:如图所示,由于物体A处于静止状态,所以受力平衡。在竖直方向上,物体A受到一个竖直向下的重力,还有一个竖直向上的摩擦力,这两个力是一对平衡力,大小相等,故摩擦力为50N。故选:B。当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,物体受力平衡,合力为0。该题考查二力平衡条件的应用,解题的关键是看清状态,一旦确定是平衡状态,则二力平衡。2.【答案】A
【解析】【分析】此题考查了摩擦力的种类,关键是分析出物体发生的相对运动是何种运动方式--滑动、滚动、有运动趋势(相对静止);然后结合二力平衡的条件判断摩擦力的大小和方向。(1)摩擦力包括静摩擦力、滑动摩擦力以及滚动摩擦力;先分析图中现象,然后根据物体受到摩擦力的种类和二力平衡的条件确定力的大小和方向。(2)时间相同时,路程越长,速度越大,反之,速度越小。【解答】A、图(甲)中某同学沿杆匀速向上爬升时,受重力和摩擦力作用,因为重力竖直向下,故该同学受到的摩擦力方向向上;故A正确;B、图(乙)中筷子提米在空中静止时,米受重力和摩擦力作用,筷子对米的摩擦力竖直向上,所以米对筷子的摩擦力方向向下;故B错误;C、图(丙)中在力F拉动木板B使其速度逐渐变大的过程中,A受到滑动摩擦力作用,由于A、B间的压力和接触面的粗糙程度不变,即摩擦力不变,故弹簧测力计的示数不变;故C错误;D、从图(丁)中可知,在相等时间内,第一段距离最大,第三段距离最小,因此该同学的速度是逐渐减小的,故D错误。故选A。3.【答案】D
【解析】解:A、要把拧得很紧的瓶盖扭开,在手和瓶盖间垫一块毛巾,是为了增大接触面的粗糙程度增大摩擦力,不符合题意;B、自行车手把上有凹凸不平的条纹,是在压力一定时,增大接触面的粗糙程度增大摩擦力,不符合题意;C、为了把玻璃窗擦得更干净些,要用更大一点的力压抹布,是通过增大压力来增大摩擦力,不符合题意;D、磁悬浮列车正常运行时,车身和轨道之间脱离接触,这样是为了减小摩擦力,符合题意。故选:D。影响摩擦力大小的因素:压力大小和接触面的粗糙程度。增大摩擦力的方法:增大压力,增大接触面的粗糙程度;减小摩擦力的方法:减小压力,减小接触面的粗糙程度,使接触面脱离,用滚动代替滑动。摩擦力的大小也与接触面的材料有关。据此分析判断。知道摩擦力大小的影响因素,掌握增大和减小摩擦力的方法,能利用摩擦力的知识解释生活中有关的问题。4.【答案】B
【解析】【分析】以汽车为背景,考查了多个与之相关的知识点,体现了物理知识在实际中的应用,有一定综合性,但难度不大。(1)在压力一定时,增大接触面的粗糙程度可以增大摩擦力;(2)根据流体压强与流速的关系可对压力与重力的大小做出分析;(3)惯性是物体保持原来运动状态不变的性质,惯性不是力;(4)一对平衡力必须是大小相等、方向相反、作用在同一物体上、作用在一条直线上。【解答】A、轮胎上有凹凸不平的花纹是为了在压力一定时,增大接触面的粗糙程度可以增大摩擦力,故A错误;B、小汽车高速行驶时,车身上方空气流速快、压强小,下方空气流速慢、压强大,产生向上的升力,所以汽车对路面的压力小于汽车的重力,故B正确;C、汽车关闭发动机后还能继续向前行驶是因为汽车具有惯性,但不能说是汽车受到惯性的作用,故C错误;D、汽车静止在路面上时,汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力分别作用在地面和汽车上,不是同一物体,所以不是一对平衡力,故D错误。故选:B。5.【答案】A
【解析】解:A、人行走时,要靠脚与地面的摩擦力,若没有摩擦力,人将无法行走,A不可能发生;B、若没有摩擦力,轻轻一吹,书桌上的课本便可飞出去,B可能发生;C、黑板上粉笔沫因为分子间的引力与黑板挤压而受到黑板的摩擦,如果没有摩擦力,会在重力作用下脱落粉笔字将消失不见,C可能发生;D、若没有摩擦力,吸顶灯的螺丝将无法固定,吸顶灯会滑落,D可能发生。故选:A。判断几个选项的动作是否要靠摩擦力来完成,并根据力和运动的关系进行分析。本题主要考查了对摩擦力有关知识的掌握,要正确解决此题,关键能够分析出摩擦力的作用。6.【答案】B
【解析】解:①人走路时,使人前进的动力是地面对脚的摩擦力,为了防止人走路时摔倒,也要用到鞋底与地面的摩擦,因此鞋底与地面的摩擦是有益的摩擦。②汽车行驶时,汽车与空气之间的摩擦阻碍汽车的前进,因此这个摩擦属于有害摩擦;对前轮来说,与地面的摩擦阻碍了车子的前进,因此属于有害摩擦。③骑自行车时,车轮与轴之间的摩擦,阻碍车轮转动属于有害摩擦。④教室的门与门框之间塞入硬纸片,门就不易被风吹开。因此说这两者之间的摩擦是有益的摩擦。故②③符合题意。故选:B。(1)对人们有益的摩擦是有益摩擦,有益摩擦要增大;(2)对人们有害摩擦是有害摩擦,有害摩擦要减小。逐个分析选择项中提到的摩擦,然后与题目的要求相对应从而得到答案。将摩擦力知识与生活实际相联系,根据实例中所涉及摩擦的具体情况,可分析出摩擦力对我们有利还是有害。7.【答案】B
【解析】解:A、轮胎上有花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。故A不合题意;B、车轴处装有滚珠轴承,是用滚动代替滑动来减小摩擦力。故B符合题意;C、刹车时用力捏闸,是在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力;故C不合题意;D、脚蹬表面凹凸不平,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。故D不合题意。故选:B。(1)增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力;在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。(2)减小摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,通过减小压力来减小摩擦力;在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力;使接触面脱离;用滚动摩擦代替滑动摩擦。本题在考查影响滑动摩擦力大小的两个因素的同时,也考查了学生运用所学知识分析实际问题的能力,要求学生在生活中多注意观察,并学会应用。8.【答案】B
【解析】【分析】逐个分析选项中提到的物理情景所涉及的物理知识,然后与题目的要求相对应,从而得到答案。本题主要考查的是有关增大摩擦的方法的问题,解答本题的关键是要知道影响摩擦力的方法。【解答】解:A.生锈的锁中加润滑油,是为了减小锁芯与锁体之间的摩擦,故A错误;B.冰面上撒细沙,增加了接触面的粗糙程度,从而增大了摩擦,故B正确;C.笨重货物下铺上圆木,变滑动摩擦为滚动摩擦是为了减小摩擦,故C错误;D.机器上面加润滑油是为了减小各零件之间的摩擦,故D错误。故选B。9.【答案】B
【解析】解:①人走路时,使人前进的动力是地面对脚的摩擦力,为了防止人走路时摔倒,也要用到鞋底与地面的摩擦,因此鞋底与地面的摩擦是有益的摩擦.②汽车行驶时,汽车与空气之间的摩擦阻碍汽车的前进,因此这个摩擦属于有害摩擦;对前轮来说,与地面的摩擦阻碍了车子的前进,因此属于有害摩擦.③骑自行车时,车轮与轴之间的摩擦,阻碍车轮转动属于有害摩擦.④皮带转动时,主动轮与皮带之间的摩擦带动了皮带的转动;同时皮带与被动轮之间的摩擦带动了被动轮的转动.若这种摩擦力过小,将会出现皮带打滑的现象.因此说这两者之间的摩擦是有益的摩擦.故①④符合题意.故选B.(1)对人们有益的摩擦是有益摩擦,有益摩擦要增大;(2)对人们有害摩擦是有害摩擦,有害摩擦要减小.逐个分析选择项中提到的摩擦,然后与题目的要求相对应从而得到答案.将摩擦力知识与生活实际相联系,根据实例中所涉及摩擦的具体情况,可分析出摩擦力对我们有利还是有害.10.【答案】B
【解析】解:A、足球鞋底凹凸不平,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故A正确;B、足球能在空中飞行,是因为足球具有惯性,此时足球不再受到运动员的作用力,故B错误;C、用头顶足球时,头感到疼,说明力的作用是相互的,故C正确;D、守门员一下子抱住射门的足球,足球由运动变为静止,说明力可以改变物体的运动状态,故D正确。故选:B。(1)增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力;在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。(2)一切物体都有保持原来运动状态不变的性质,叫惯性;(3)物体间力的作用是相互的;(4)力的作用效果包括改变物体的形状、改变物体的运动状态。此题涉及增大摩擦的方法、惯性现象、力的作用的相互性、力的作用效果等,是一道综合性较强的题目,但总体难度不大,掌握基础知识即可正确解题。11.【答案】D
【解析】解:A、滑雪手套掌心处设计花纹,是为了在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故A错误;B、滑雪板设计得较宽大,是为了是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强。故B错误;C、滑雪杖下端装金属尖,是为了是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强。故C错误;D、冰壶运动员擦冰,是为了在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力;故D正确。故选:D。利用一下知识分析解答:(1)增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力;在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。(2)减小摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,通过减小压力来减小摩擦力;在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力;使接触面脱离;用滚动摩擦代替滑动摩擦。(3)增大压强的方法:是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强;是在受力面积一定时,通过增大压力来增大压强。(4)减小压强的方法:是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强;是在受力面积一定时,通过减小压力来减小压强。掌握摩擦和压强大小的影响因素,利用控制变量法解释生活中有关增大和减小摩擦、压强的问题。12.【答案】C
【解析】解:A、滑动摩擦力产生的条件是相互接触、相互挤压、接触面粗糙并有相对运动,所以只有相互接触且发生相对运动的物体间才可能产生滑动摩擦力,故A错误;B、摩擦力的方向一定与相对运动方向相反,可能与物体的运动方向相同,可能与物体的运动方向相反,故B错误;C、由于物体间力的作用是相互的,当一个物体对另一个物体有摩擦力作用时,它自身也会受摩擦力的作用,故C正确。D、用滚动代替滑动可以减小摩擦,但滚动摩擦不一定比滑动摩擦小,故D错误。故选:C。(1)要想产生滑动摩擦力,物体间要有相对运动,物体间一定有弹力作用;(2)摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力之分,它们的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反,而大小只有滑动摩擦力大小一定与压力成正比;(3)物体间力的作用是相互的。(4)摩擦力大小的影响因素:压力大小和接触面的粗糙程度。本题考查摩擦力的方向、种类及摩擦力产生的条件,属于中等题。13.【答案】5 ? 竖直向上 ? 不变
【解析】解:瓶子处于静止状态,属于平衡状态,所以受到的是平衡力。摩擦力与重力是一对平衡力,瓶子的重力的大小为5N,所以摩擦力也是5N,方向与重力方向相反,竖直向上;当压力增大时,瓶子受到手竖直向上的摩擦力始终等于瓶子的重力不会随握力的增大而增大。故答案为:5;竖直向上;不变。瓶子静止悬在空中处于平衡状态,符合二力平衡条件:大小相等,方向相反,作用在同一直线上。所以,瓶子受到手竖直向上的摩擦力始终等于瓶子的重力。本题首先判断物体处于哪种状态,并对物体进行受力分析,静止和匀速直线运动的物体都受到平衡力的作用,根据平衡力的特点进行判断。14.【答案】5 ? 不变
【解析】解:水杯的重力G=mg=0.5kg×10N/kg=5N,他手握水杯静止在空中,水杯处于平衡状态,受的重力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,方向相反,所以水杯受到的摩擦力的大小等于重力,为5N,方向竖直向上;用更大的力握住水杯,水杯依然保持静止,竖直方向上重力和静摩擦力依然平衡,静摩擦力还是等于重力,所以手对水杯的摩擦力不变。故答案为:5;不变。根据G=mg求出水杯的重力;水杯保持静止,受力平衡,对水杯受力分析,竖直方向上受重力和静摩擦力,二力平衡,根据二力平衡的条件分析摩擦力的大小变化。静摩擦力与压力无关,随外力的变化而变化,这里握力变大,只是滑动摩擦力变大了,而物体受静摩擦力,故静摩擦力不变。15.【答案】解:(1)这位同学受到的重力为:G人=m人g=50kg×10N/kg=500N。(2)由v=st得,该同学骑车沿直线匀速行驶5min通过的路程为:s=vt=4m/s×5×60s=1200m。(3)自行车的重力:G车=m车g=20kg×10N/kg=200N,自行车和人的总重力:G总=G人+G车=500N+200N=700N,由题可知,该同学骑车过程中所受的摩擦力为:f=0.05G总=0.05×700N=35N。答:(1)这位同学受到的重力为500N;(2)该同学骑车沿直线匀速行驶5min通过的路程为1200m;(3)该同学骑车过程中所受的摩擦力为35N。
【解析】(1)知道这位同学的质量,利用G=mg求受到的重力;(2)知道行驶速度和时间,利用s=vt求该同学骑车沿直线匀速行驶5min通过的路程;(3)求出车重,进而求出车和人的总重,利用f=0.05G求该同学骑车过程中所受的摩擦力。本题考查重力公式、速度公式应用,是一道综合性题目,但难度不是很大。16.【答案】解:过物体的重心O作沿斜面向上的力,即摩擦力;过此点O作竖直向下的力,即为重力,如下图:
【解析】重力的方向竖直向下;摩擦力的方向与物体运动方向或运动趋势的方向相反,物体在斜面上静止时,摩擦力的方向沿斜面向上。力的示意图:用一个带箭头的线段表示力,线段的长度表示力的大小,箭头表示力的方向。