教科版（2019）高中物理 必修第一册 3.3 摩擦力课件

第3节　摩擦力
学习目标要求
核心素养和关键能力
1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向。
2.知道滑动摩擦力的大小跟什么有关，会求滑动摩擦力。
3.知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向。
4.知道最大静摩擦力的概念，知道静摩擦力的大小范围。
1.科学思维
通过自己动手实验，培养学生分析问题、解决问题的思维。
2.关键能力
物理建模能力。
一、滑动摩擦力
1.定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生__________时，每个物体的接触面上都会受到对方施加的______相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。
2.方向：总是沿着接触面，并且跟物体的________________相反。
3.大小
(1)公式：f＝______，其中N表示接触面上压力的大小，μ为动摩擦因数。
(2)动摩擦因数μ，它是两个力的比值，没有单位。它的大小与两个接触面的______、粗糙程度等情况有关。
相对滑动
阻碍
相对运动的方向
μN
材料
[判一判]
(1)只要两个物体之间有弹力产生，又有相对运动，两个物体之间就一定存在滑动摩擦力。( )
(2)滑动摩擦力一定存在于两个运动的物体之间。( )
(3)静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力。( )
×
×
√
二、静摩擦力
1.定义：当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生__________，但具有__________的趋势时，接触面上会产生一种______相对运动趋势的力，这种力称为静摩擦力。
2.方向：静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向______。
3.大小
随外力的变化而变化，当水平拉力增大到某一值时，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值，这个最大值称为______________，记为f静max。静摩擦力的取值范围为______________________。
相对运动
相对运动
阻碍
相反
最大静摩擦力
0 [想一想]
相对运动趋势的含义是什么？
提示　“相对运动趋势”是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能，但还未发生相对运动。
按如图所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动。
■情境导入
探究
滑动摩擦力产生的条件、大小和方向
(1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系？
(2)在木块上添加重物，增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？
(3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？
答案　(1)相等　(2)增大　(3)增大
■归纳拓展
1.滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触；(2)两物体间有弹力；(3)接触面粗糙；(4)两物体间有相对运动。
注意：有弹力，不一定有摩擦力；有摩擦力，一定有弹力。
2.作用效果：总是阻碍物体间的相对运动，而不是阻碍物体的运动，所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能相反，还可能成任意夹角。即：滑动摩擦力可以是动力，也可以是阻力。
3.滑动摩擦力大小的计算方法
(1)公式法：由f＝μN计算。
(2)二力平衡法：物体匀速直线运动或静止时(有相对运动)，根据二力平衡条件求解。
温馨提示　
(1)N是正压力，其大小不一定等于物体的重力。
(2)动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和粗糙程度决定，与N和f无关。
(3)滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关。
[例1] 有关滑动摩擦力，下列说法中正确的是(　　)
A.滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反
B.滑动摩擦力的方向一定与两物体间相对运动的方向相反
C.物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D.接触面的动摩擦因数越大，滑动摩擦力也一定越大
解析　滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，故滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反，但不一定与物体运动方向相反，故A错误，B正确；滑动摩擦力的大小f＝μN，与物体在支持面上的滑动速度无关，故C错误；滑动摩擦力的大小f＝μN，接触面的动摩擦因数越大，滑动摩擦力不一定越大，因为滑动摩擦力的大小还与正压力有关，故D错误。
答案　B
[针对训练1] 装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出，如图所示，则在匀速拖出的过程中(材料重心未离开桌面边缘)(　　)
A.材料与平台之间的接触面积逐渐减小，摩擦力逐渐减小
B.材料与平台之间的接触面积逐渐减小，拉力逐渐减小
C.平台对材料的支持力逐渐减小，摩擦力逐渐减小
D.材料与平台之间的动摩擦因数不变，支持力也不变，因而工人的拉力也不变
解析　匀速拉动的过程中，只要材料的重心在台面上，材料对台面的压力不变，材料受到的支持力不变，故C错误；而在拉动过程中动摩擦因数不变，由f＝μN可知摩擦力是不变的，A错误；因为材料做匀速直线运动，摩擦力不变，所以工人的拉力不变，B错误，D正确。
答案　D
[例2] 质量为3 kg的木块放在水平地板上，用F＝6 N的水平拉力拉该木块时，木块恰能做匀速直线运动。(g取10 N/kg)求：
(1)木块与地板间的动摩擦因数；
(2)若F的大小不变而将方向改为竖直向上作用于该木块上，则此时应加一个多大的水平拉力，才能使该木块保持匀速直线运动状态；
(3)若在物体运动过程中撤去拉力，在物体继续向前滑行的过程中，物体受到的摩擦力是多大。
解析　(1)木块做匀速直线运动，则f1＝F＝6N。
而f1＝μN1＝μmg，
故μ＝0.2。
(2)将F的方向改为竖直向上后，木块对水平地板的压力N2＝mg－F＝24 N，
保持木块做匀速直线运动的拉力
F′＝f2＝μN2＝0.2×24 N＝4.8 N。
(3)撤去拉力，物体继续向前滑行的过程中，
N3＝mg＝30 N
f3＝μN3＝0.2×30 N＝6 N。
答案　(1)0.2　(2)4.8 N　(3)6 N
[针对训练2] (多选)如图所示，重力G＝20 N的物体，在动摩擦因数为0.2的水平面上向左运动，同时受到大小为5 N，方向向右的水平力F的作用，则(　　)
A.物体所受摩擦力大小是4 N，方向水平向右
B.物体所受摩擦力大小是5 N，方向水平向左
C.在运动过程中，若撤去F时，摩擦力仍不变
D.在运动过程中，若撤去F时，则摩擦力变为0 N
解析　物体所受摩擦力大小是f＝μN＝μmg＝0.2×20 N＝4 N，方向水平向右，选项A正确，B错误；在运动过程中，若撤去F时，则物体向左减速运动，摩擦力仍不变，选项C正确，D错误。
答案　AC
■情景导入
探究
静摩擦力产生的条件、大小和方向
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？
(2)木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点？
(3)若在木块上增加砝码，木块开始移动时弹簧测力计的示数如何变化？由此得出什么结论？
答案　(1)由二力平衡知，随着外力的增大，静摩擦力大小会发生变化，相应增大。
(2)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，0(3)弹簧测力计的示数增大。即最大静摩擦力随正压力的增大而增大。
■归纳拓展
1.静摩擦力的产生条件
(1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)。
(2)接触面粗糙。
(3)两物体间有相对运动趋势。
2.静摩擦力的有无判断两法
(1)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.静摩擦力的方向
(1)方向：与相对运动趋势方向相反，与物体运动方向无直接关系，既可与运动方向相同，也可与运动方向相反或成某一夹角。
(2)静摩擦力的方向判定两法
①假设法：假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动。从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向。
②状态法：当物体受力处于平衡状态时，根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向。
4.静摩擦力的大小
(1)范围：0一般情况下，最大静摩擦力f静max略大于滑动摩擦力，为分析问题方便，可认为二者相等。
(2)计算：物体匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解。
(3)静摩擦力大小与正压力无关，最大静摩擦力与正压力成正比。
温馨提示　
(1)静摩擦力可能为动力，也可能为阻力。
(2)静摩擦力发生在相对静止的两物体之间，受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，运动的物体也可能受静摩擦力作用。
[例3] 如图所示，物体A、B叠放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是(　　)
A.A、B之间无摩擦力
B.A受到B的摩擦力水平向左
C.B受到A的摩擦力水平向左
D.地面对B的摩擦力为静摩擦力，水平向右
解析　对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等值反向，故选项A、B错误；对B物体，由力的作用的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，选项C正确；对A、B整体分析，由于A、B一起向左匀速运动，则地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，且水平向右，故选项D错误。
答案　C
[针对训练3] 如图甲、乙所示，物体P、Q在力F作用下一起以相同速度沿力F方向匀速运动，图乙中斜面体固定不动，关于物体P所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A.图甲、乙中物体P均受摩擦力，且方向均与力F相同
B.图甲、乙中物体P均受摩擦力，且方向均与力F相反
C.图甲、乙中物体P均不受摩擦力
D.图甲中物体P不受摩擦力，图乙中物体P受摩擦力，且方向与力F方向相同
解析　题图甲中，P做匀速运动，在水平方向相对Q无相对运动趋势，所以P不受摩擦力；题图乙中，假设P不受摩擦力，P将相对Q沿斜面向下运动趋势，因此P受沿力F方向的摩擦力，选项D正确。
答案　D
[例4] 如图所示，A、B两物体重力都等于10 N，各接触面间动摩擦因数都等于0.3，F1＝1 N和F2＝2 N的两个水平力分别作用在A和B上，A、B均静止，则A受的摩擦力和地面对B的摩擦力大小分别为(　　)
A.3 N，6 N B.1 N，2 N
C.1 N，1 N D.0 N，1 N
解析　因两个物体都处于静止状态，故所受的摩擦力均为静摩擦力；对物体A受力分析可知：F1＝fA＝1 N；对AB的整体，由平衡条件可知：F2＝F1＋fB，解得fB＝1 N，故选项C正确。
答案　C
[针对训练4] 质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如图所示，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视为相等，给物体一水平推力F。(取g＝10 N/kg)
(1)当推力大小为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
(2)当推力大小为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？
(3)物体运动过程中突然把推力去掉，此时地面对物体的摩擦力是多大？
解析　在水平地面上，N＝mg，则滑动摩擦力(即最大静摩擦力f静max)大小
f静max＝μN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N。
(1)当推力F＝5 N时，F＜f静max，物体静止，则由二力平衡知：地面对物体的静摩擦力的大小f静＝F＝5 N。
(2)当推力F＝12 N时，F＞f静max，物体滑动，则地面对物体的滑动摩擦力的大小f滑＝μN＝μmg＝10 N。
(3)运动过程中把推力去掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小f滑＝10 N。
答案　(1)5 N　(2)10 N　(3)10 N