摩擦力
合格考训练
(25分钟·满分60分)
)
一、选择题(本题共8小题,每题6分,共48分)
1.关于摩擦力的下列说法中正确的是( D )
A.相互挤压的粗糙物体间一定产生摩擦力
B.只有静止的物体才可能受到静摩擦力,只有运动的物体才有可能受到滑动摩擦力
C.一个物体在另一个物体表面滑动时,一定受到摩擦力作用
D.摩擦力可以是阻力也可以是动力
解析:相互挤压的粗糙物体间不一定产生摩擦力,只有相互挤压的粗糙物体间,存在相对运动或相对运动趋势时才有摩擦力,故A错误;只有相对静止的物体才可能受到静摩擦力,只有相对运动的物体才有可能受到滑动摩擦力,故B错误;一个物体在另一个物体表面滑动时,如果接触面粗糙,而又有弹力时才一定有摩擦力,故C错误;摩擦力可以是阻力也可以是动力,比如物体轻轻放在水平运动的传送带上受到的摩擦力就是动力,故D正确。
2.木块置于粗糙水平地面上,按如图所示不同的放法,在水平力F的作用下运动,设地面与木块各接触面的动摩擦因数相同,则木块受到的摩擦力的大小关系是( D )
A.F甲>F乙>F丙
B.F乙>F甲>F丙
C.F丙>F乙>F甲
D.F甲=F乙=F丙
解析:动摩擦因数μ跟接触面的大小无关,因三种情况下μ相等,且对地面的压力大小都等于木块的重力,所以三种情况下木块受到的摩擦力大小相等,应选D。
3.用拖把拖地时,如果发现某个地方的污渍特别顽固,我们常会使劲向下压拖把,这样就有可能把污渍清除。对于使劲向下压拖把的原因,下列选项中解释最合理的是( C )
A.将拖把中的水挤出,将污渍洗掉
B.可以帮助人握紧拖把
C.通过增大正压力从而增大拖把与地面之间的摩擦力
D.没有任何作用
解析:滑动摩擦力与正压力有关,在动摩擦因数不变的前提下,正压力越大,摩擦力越大。拖地时使劲向下压拖把,就是为了增加正压力从而达到增大拖把与地面之间的摩擦力的目的,选项C正确,A、B、D错误,故选C。
4.如图所示为研究木板与木块之间摩擦力大小的实验装置,将一木块和木板叠放于水平桌面上,轻质弹簧测力计一端固定,另一端用细线与木块水平相连。现在用绳索与长木板连接,用手向右水平拉绳索,使长木板在桌面上滑动,下列说法中正确的是( D )
A.木块与木板之间的摩擦力是静摩擦力
B.木板必须在桌面上做匀速直线运动
C.木板必须在桌面上做匀加速直线运动
D.木板运动过程中,弹簧秤示数保持不变
解析:木块与木板之间存在滑动摩擦力,其大小F=μG木与其运动状态无关,故选D。
5.如图所示,有黑白两条毛巾交替折叠地放在地面上,白毛巾的中部用线与墙壁连接着,黑毛巾的中部用线拉住,设线均呈水平。欲将黑白毛巾分离开来,设每条毛巾的质量均为m,毛巾之间及其跟地面间的动摩擦因数均为μ,则将黑毛巾匀速拉出需用的水平拉力为( C )
A.2μmg
B.4μmg
C.5μmg
D.μmg
解析:根据受力平衡,黑毛巾有四个面受到摩擦力,平衡时F=f1+f2+f3+f4=μ·+μ·2+μ·3+μ·4=5μmg,故选C。
6.(多选)如图所示,消防战士正在沿绳进行爬绳练习,若消防战士用双手握住竖直的绳子匀速上攀和匀速下滑,他所受的摩擦力分别是f1和f2,关于f1和f2的大小和方向,下列说法正确的是( AC )
A.f1=G,方向竖直向上
B.f1>G,方向竖直向上
C.f2=G,方向竖直向上
D.f2解析:消防战士无论是匀速上攀还是匀速下滑,受到的摩擦力总是与重力相平衡,即与重力大小相等,方向相反,f1、f2的方向都向上,且f1=f2=G,A、C正确。
7.(多选)如图所示,有一重力不计的方形容器,被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态,现缓慢地向容器内注水,直到将容器刚好盛满为止,在此过程中容器始终保持静止,则下列说法中正确的是( BC )
A.容器受到的摩擦力不变
B.容器受到的摩擦力逐渐增大
C.水平力F可能不变
D.水平力F必须逐渐增大
解析:容器处于平衡状态,在竖直方向上重力与摩擦力平衡,盛满水前墙面对容器的静摩擦力一直增大,如果一直没有达到正压力F作用下的最大静摩擦力,则水平力F可能不变,选项B、C正确。
8.(多选)如图所示,照片中的这位男士骑着一辆搞笑的另类自行车,在骑车人用力蹬车前进的过程中,车轮上黑白两色的鞋子与地面接触,它们会受到地面的摩擦力,关于地面对鞋子施加的摩擦力的方向,下面判断正确的是( BC )
A.前轮黑色的鞋子受到的摩擦力方向向前
B.前轮黑色的鞋子受到的摩擦力方向向后
C.后轮白色的鞋子受到的摩擦力方向向前
D.后轮白色的鞋子受到的摩擦力方向向后
解析:自行车前轮为从动轮,后轮为主动轮,假设后轮不受摩擦力,则后轮一直转动,但不会向前运动,实际上后轮是向前运动的,所以它必受方向向前的摩擦力;同时,可判知前轮所受摩擦力向后,故正确答案为B、C。
二、非选择题
9.(12分)“强台风”是一个巨大的能量库,其风速都在17
m/s以上,甚至在60
m/s以上。据测,当风力达到12级时,垂直于风向平面上每平方米风力可达数千牛顿。台风登陆以后,会给沿海居民的生产和生活带来一定的危害。不少在台风登陆地区做新闻报道的记者,需要用绳子系在腰上才能保证不被台风吹走。大风真的能把人吹走吗?为方便研究这一问题,我们只考虑一种简单情况,即看大风能不能把人吹的在地面上滑动。设某次台风登陆时的风力为9级,方向水平风速大小可达到22
m/s,经过流体阻力测算,在经过一个身高为一米七左右人体的面积时所产生的水平风力约为164
N。假设这个人重60
kg,台风来临时人站立在水平地面上,人与地面间的滑动摩擦系数为0.26。试通过计算分析:(g取10
N/kg)
(1)当风速达到22
m/s时,人能不能被吹动?
(2)当风速达到15
m/s时,吹在人身上的水平风力达到76
N,站在地上的人受的摩擦力多大?
(3)当风速达到25
m/s时,吹在人身上的水平风力达到
212
N,站在地面的人受的摩擦力多大?
答案:(1)能被吹动 (2)76
N (3)156
N
解析:(1)人和地面之间的压力为N=mg=600
N
人和地面之间的最大静摩擦力为f=μN=156
N
因为F>f,所以人能被吹走,
(2)当风力F1=76
N时,由于F1所以人不能被吹动,人受到地面给他的力是静摩擦力
其大小为f1=F1=76
N
(3)当风力F2=212
N时,由于F2>f
所以人能被吹动,人受到地面给他的摩擦力为滑动摩擦力其大小为f2=f
摩擦力大小为f2=f=μN=156
N
等级考训练
(15分钟·满分40分)
)
一、选择题(本题共3小题,每题6分,共18分)
1.下列各图中物体A和B始终保持相对静止,关于物体A是否受摩擦力作用及物体A受的摩擦力方向,下列说法正确的是( C )
A.甲图中物体A受到向左的摩擦力
B.乙图中物体A不受摩擦力
C.丙图中物体A不受摩擦力
D.丁图中物体A受到向右的摩擦力
解析:甲图所示情况,物体A处于静止状态,假设物体A受静摩擦力作用,根据二力平衡可知,物体A的平衡状态被破坏,因此假设是错误的,故在甲图情况下物体A不受摩擦力作用;乙图所示情况,物体A也处于平衡状态,由于物体A受向右的力F的作用,由二力平衡可知,物体A一定受向左的静摩擦力作用;丙图所示情况,用力F拉水平地面上的物体B,物体B及其上面的物体A保持相对静止做匀速直线运动,假设物体A受静摩擦力作用,根据二力平衡可知,物体A的平衡条件被破坏,因此假设是错误的,故在丙图情况下物体A不受摩擦力作用;丁图所示情况,由于物体A做匀速直线运动,说明物体A在水平方向上受力平衡,根据二力平衡可知,物体A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用与F相平衡,静摩擦力的方向与运动方向相反。综上所述选项C正确。
2.用如图所示装置演示“静摩擦力”的大小。当重物连同盘的总重力为2
N时,弹簧测力计显示拉力示数为8
N。现往盘中加砝码,当盘与砝码总重力为12
N时,弹簧测力计示数为( B )
A.12
N
B.8
N
C.4
N
D.20
N
解析:加砝码前,木块处于静止状态,木块受到的静摩擦力大小为F=8
N-2
N=6
N,方向向右,同时说明木块与桌面间的最大静摩擦力至少为6
N。当加砝码后,即绳中拉力改变后,水平方向假设木块不动,其所受摩擦力大小为F′=12
N-8
N=4
N,小于最大静摩擦力,故木块仍静止,弹簧测力计示数仍为8
N。
3.(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,小木块的运动状态与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,下列哪些选项是正确的( BC )
实验次数
小木块的运动状态
弹簧测力计读数(N)
1
静止
0.4
2
静止
0.6
3
直线加速
0.7
4
匀速直线
0.5
5
直线减速
0.3
A.木块受到的最大摩擦力为0.7
N
B.木块受到最大静摩擦力可能为0.6
N
C.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小有三次是相同的
D.在这五次实验中,木块受到摩擦力大小各不相同
解析:第一和第二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0.6
N≤Fm<0.7
N,故A错误,B正确;滑动摩擦力与运动情况无关,因此第三、四、五次的摩擦力大小相等,故C正确,D错误。
二、非选择题(本题共2小题,共22分)
4.(10分)如图所示是武警战士用头将四块砖顶在墙上,苦练头功的照片。假设每块砖的质量均为m,砖与墙面、砖与头的动摩擦因数均为μ。要使砖恰好静止不动,则武警战士的头对砖施加的水平力为多大?(假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,砖与砖之间不发生滑动,重力加速度为g。)
答案:
解析:以四块砖为研究对象,进行受力分析砖恰好静止不动,则砖所受到的摩擦力刚好达到最大,
即f1=f2=μF,又f1+f2=4mg
联立上式可得F=
即武警战士施加的水平力为F=
5.(12分)如图(a)所示,A物体放在水平面上,动摩擦因数为0.2,物体重10
N,设物体A与水平面间的最大静摩擦力为2.5
N,若对A施加一个由零均匀增大到6
N的水平推力F,请在图(b)中画出A所受的摩擦力FA随水平推力F变化的图线。
答案:如图所示
解析:水平推力F≤2.5
N之前,物体未动,物体受静摩擦力FA=F。当F>2.5
N后,FA变成滑动摩擦力,其大小为FA=μF
N=μG=0.2×10
N=2
N。
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7
-摩擦力
1.(多选)(2020·大庆高一月考)如图所示,人握住旗杆匀速上爬,则下列说法正确的是( AC )
A.人受到的摩擦力的方向是向上的
B.人受到的摩擦力的方向是向下的
C.若手握旗杆的力增加,人受到摩擦力仍保持不变
D.手握旗杆的力越大,人受到的摩擦力越大
解析:人握住旗杆匀速上爬时,人相对于旗杆有向下滑的趋势,受到旗杆的静摩擦力方向向上,故A正确,B错误。
由于人是匀速运动的,人竖直方向受到重力和摩擦力,由二力平衡条件分析得知,人受到的摩擦力等于人的重力,保持不变,所以人握旗杆用力越大,并不会使人受到摩擦力增大,故C正确,D错误。
2.(多选)(2019·北京航空航天大学附中高一上学期期中)用如图所示装置研究摩擦力的变化规律,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,使拉力由零缓慢增大。下列说法正确的是( ABC )
A.木块开始运动前,摩擦力逐渐增大
B.当拉力达到某一数值时木块开始移动,此时拉力会突然变小
C.该实验装置可以记录最大静摩擦力的大小
D.木块开始运动前,拉力小于摩擦力
解析:木块开始运动前,拉力与摩擦力平衡,拉力逐渐增大,则摩擦力逐渐增大,A正确,D错误;当摩擦力增大到最大静摩擦力,木块开始移动,静摩擦力变成滑动摩擦力,滑动摩擦力小于最大静摩擦力,所以拉力会突然变小,B正确,C正确。
3.(多选)(2020·成都高一期中)有一种圆珠笔,内部有一根小弹簧。如图所示,当笔杆竖直放置时,在圆珠笔尾部的按钮上放一个100
g的砝码,砝码静止时,弹簧压缩量为2
mm。现用这支圆珠笔水平推一本放在桌面上质量为900
g的书,当按钮压缩量为3.6
mm(未超过弹簧的弹性限度)时,这本书恰好匀速运动。(g取10
m/s2),下列说法正确的是( AD )
A.笔内小弹簧的劲度系数是500
N/m
B.笔内小弹簧的劲度系数是50
N/m
C.书与桌面间的动摩擦因数大小是0.02
D.书与桌面间的动摩擦因数大小是0.2
解析:由于砝码处于静止,则kΔx=mg,所以有:k==N/m=500
N/m,故A正确,B错误;要使书恰好能匀速运动,则kΔx′=μmg,代入数据解得:μ=0.2,故D正确,C错误。
4.(2020·永春华侨高一期中)如图甲所示,一静止在水平面上的物体,质量为2
kg,在水平弹簧作用下,2
s末开始缓慢滑动,此时弹簧伸长了6
cm。弹簧弹力F随时间t的变化情况如图乙所示。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10
m/s2。求:
(1)t=1
s时物体受到的摩擦力大小。
(2)弹簧的劲度系数。
(3)物体与地面间的动摩擦因数。
答案:(1)3N (2)100
N/m (3)0.3
解析:(1)由图像可得1
s时物体受的静摩擦力是3
N;
(2)匀速运动时弹簧拉力是6
N,由f=kx,得k=100
N/m;
(3)物体对地面的正压力是20
N,物体滑动时的摩擦力是6
N,由f=μFN,解得μ=0.3。
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2
-2.摩擦力
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1.知道滑动摩擦力、静摩擦力的定义。
2.理解滑动摩擦力、静摩擦力的产生条件。
3.会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小。
4.理解最大静摩擦力的概念。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 滑动摩擦力
1.定义:两个相互接触的物体,当它们__相对滑动__时,在接触面上会产生一种__阻碍相对运动__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__相对运动__的方向相反。
3.大小
(1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成__正比__,还跟接触面的粗糙程度、材质等有关。
(2)公式:Ff=__μFN__。
(3)动摩擦因数μ:它的值跟两接触面的__材料__和__粗糙程度__有关。动摩擦因数μ=____,Ff在接触面内且与相对运动方向__相反__,FN与接触面__垂直__。
知识点
2 静摩擦力
1.定义:相互接触的两个物体之间只有__相对运动的趋势__,而没有__相对运动__时,这时的摩擦力叫作静摩擦力。
2.方向:总是沿着__接触面__,跟物体__相对运动趋势__的方向相反。
3.最大静摩擦力:静摩擦力有一个最大值Fmax,在数值上等于物体__即将开始运动__时的拉力。
4.静摩擦力的大小:两物体之间实际产生的静摩擦力F在__0__与最大静摩擦力__Fmax__之间,即__0预习自测
『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)摩擦力一定作用于两个相互接触的物体之间。( √ )
(3)静止的物体受到的摩擦力一定是静摩擦力。( × )
(4)运动的物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力。( × )
(5)摩擦力一定是阻力。( × )
『选一选』 (2019·甘肃省兰州一中高一上学期期中)下列情景中,物体M所受摩擦力Ff的示意图正确的是( B )
解析:物体静止在粗糙水平面上,但没有相对运动或相对运动趋势,则没有摩擦力,故A错误;汽车停在斜坡上,由于有下滑趋势,因此受到沿着斜坡向上的静摩擦力,故B正确;物体虽贴着竖直墙面,但由于自由下落,因此与竖直墙面没有压力,则没有摩擦力,故C错误;瓶子被握在手中处于静止状态,依据平衡条件,则瓶子受到的静摩擦力与重力平衡,方向竖直向上,故D错误。故应选B。
『想一想』 如图甲、乙、丙所示,质量为2
kg的木块在不同水平拉力作用下,均向右做匀速直线运动。
(1)以上三图中的木块除了受到水平拉力外,水平方向还要受到一个什么力?你能根据二力平衡确定这个力的大小吗?
(2)以上三图中木块受的摩擦力方向向哪?滑动摩擦力的方向与相对运动方向有何规律?
(3)比较甲、乙两图,表明滑动摩擦力大小与什么因素有关?比较甲、丙两图,表明滑动摩擦力大小与什么因素有关?
答案:(1)滑动摩擦力,其大小和外力大小相等,即3.6
N、6.6
N、5.6
N。
(2)方向均向左,其方向总与相对运动方向相反。
(3)甲、乙表明,滑动摩擦力的大小与压力大小有关;甲、丙表明,滑动摩擦力的大小与接触面间的材料有关。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究? 滑动摩擦力
┃┃情境导入__■
甲图中物体与地面“一动一静”,乙图中物体与传送带“一慢一快”,丙图中物体与传送带“一左一右”。若各接触面均粗糙,试分析图中物体是否受摩擦力;若存在摩擦力,分析摩擦力的方向。
提示:甲图中物体受到向左的滑动摩擦力;乙、丙图中物体均受到向右的滑动摩擦力。
┃┃要点提炼__■
1.滑动摩擦力的产生条件 两物体缺一不可
2.滑动摩擦力的方向
(1)在接触面上,与接触面相切,且与物体相对运动的方向相反。
(2)与物体的运动方向可能相同,也可能相反。
例如:
3.滑动摩擦力的大小
(1)公式法:根据公式Ff=μF
N计算。
①正压力F
N是物体与接触面间的压力,不一定等于物体的重力,F
N的大小根据物体的受力情况确定。
②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关,而与物体间的压力、接触面的大小无关。
(2)二力平衡法: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。
特别提醒
(1)滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向”相反。
(2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动,而不是阻碍物体的运动。
┃┃典例剖析__■
典题1 (2019·海南省海南中学高一上学期期末)如图所示,质量为20
kg的物体,沿粗糙水平地面向右运动,一水平向左的力F=10
N作用于物体上,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.1,则物体所受摩擦力的大小和方向为(取g=10
N/kg)( D )
A.10
N,向右
B.10
N,向左
C.20
N,向右
D.20
N,向左
思路引导:(1)滑动摩擦力的方向与相对地面滑动的方向相反。
(2)滑动摩擦力的大小Ff=μF
N。
解析:物体沿粗糙水平地面向右运动,物体对地面的压力大小FN=mg=200
N,滑动摩擦力大小为f=μFN=μmg=20
N,方向:与物体相对地面的运动方向相反,即向左,故D正确。
思维升华:(1)滑动摩擦力的大小由正压力和动摩擦因数决定,与物体的运动状态、接触面积无关。
(2)滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向”相反,并不是与“运动方向”相反。
┃┃对点训练__■
1.(多选)(2019·山西大学附中高一上学期期中)如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸与桌布分离后继续在桌面滑行,最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中( AC )
A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向右
B.桌面对鱼缸摩擦力的方向向右
C.鱼缸所受的摩擦力大小没有变化
D.若猫增大拉力,鱼缸受到桌布的摩擦力将增大
解析:桌布向右拉出时,鱼缸相对于桌布有向左的运动,故鱼缸受到的摩擦力向右,故A正确;桌面对鱼缸摩擦力的方向向左,故B错误;鱼缸受到的摩擦力为滑动摩擦力,其大小与拉力无关,只与压力和动摩擦因数有关,因此增大拉力时,摩擦力不变,故C正确;D错误。
探究? 静摩擦力
┃┃情境导入__■
某同学用力向右推木箱,但没有推动,在此过程中木箱与地面间是否存在摩擦力?若存在,说明摩擦力的方向。
提示:存在;向左
┃┃要点提炼__■
1.静摩擦力产生的条件
两物体缺一不可
2.静摩擦力的方向
(1)在接触面上,与接触面相切,且与物体相对运动趋势的方向相反。
(2)与物体运动的方向可能相同,也可能相反。
例如:
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。
特别提醒
(1)不能认为受静摩擦力的物体一定静止,运动的物体之间也可能存在静摩擦力。
(2)静摩擦力的效果不是阻碍物体的运动,而是阻碍物体间的相对运动趋势。
(3)静摩擦力是被动力,在一定范围内其大小随外力变化而变化,并不是一个定值。
┃┃典例剖析__■
典题2 (多选)(2019·江西省赣州十四县高一上学期期中联考)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)静止不动,如图所示。下列说法正确的是( BD )
A.瓶中油越多,手必须握得越紧
B.握手处如果有很多油,手必须握得越紧
C.手握得越紧,油瓶受到的摩擦力越大
D.油瓶受到的静摩擦力方向竖直向上,其大小等于油瓶的重力
思路引导:正确理解静摩擦力的概念,明确静摩擦力的大小和方向。
解析:若油瓶和油的总重力没有超过手对油瓶的最大静摩擦力,手对油瓶的压力可以不变,A错误;握手处油很多,比较滑,应当通过增加手对油瓶的压力,才能增大最大静摩擦力,防止油瓶下落,故B正确;油瓶受到的静摩擦力与重力处于二力平衡状态,故C错误,D正确。
┃┃对点训练__■
2.(2019·山东省济南一中高一上学期期中)如图所示,A、B、C三个物体质量相等,它们与传送带间的动摩擦因数也相同。三个物体随传送带一起匀速运动,运动方向如图中箭头所示。则下列说法正确的是( B )
A.A物体受到的摩擦力方向向右
B.三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零
C.B受到的摩擦力沿斜面向下
D.B、C受到的摩擦力方向相反
解析:A物体做水平方向的匀速直线运动,水平方向不受摩擦力,故A错误;B、C物体均有相对传送带向下滑动的趋势,故均受到沿斜面向上的静摩擦力,B正确,C、D错误。
探究? 静摩擦力与滑动摩擦力的比较
┃┃情境导入__■
绳结是靠什么性质的力使绳子连在一起或把物体绑在一起?为什么有的绳子不容易“死扣”?
提示:静摩擦力;动摩擦因数太小(或绳子光滑)
┃┃要点提炼__■
两种摩擦力的比较
静摩擦力
滑动摩擦力
产生条件
相同点
①相互接触;②相互挤压;③接触面粗糙
不同点
有相对运动趋势
有相对运动
力的三要素
大小
相同点
①可根据二力平衡条件求解;②可根据作用力、反作用力的特点求解(后面学习)
不同点
被动力,与压力无关,大小为0公式Ff=μF
N,与正压力成正比
方向
相同点
①与运动方向无直接关系,可与运动方向相同,也可与运动方向相反或者成一夹角;②与接触面相切;③与同一接触面上的弹力方向垂直
不同点
与相对运动趋势方向相反
与相对运动方向相反
作用点
相同点
在接触面上,做力的图示时,可根据等效原理画到物体的重心上
┃┃典例剖析__■
典题3 如图所示,一重为40
N的木块原来静止在水平桌面上,某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用,其中F1=13
N,F2=6
N。已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
(1)木块所受的摩擦力的大小和方向;
(2)当只将F1撒去时,木块受到的摩擦力的大小和方向;
(3)若撤去的力不是F1而是F2,求木块受到的摩擦力的大小和方向。
思路引导:—
解析:当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑=μF
N=μG=0.2×40
N=8
N,故木块受到桌面的最大静摩擦力为8
N。
(1)加上F1、F2后,F1和F2相当于一个方向向右的F=F1-F2=7
N的力。由于F小于最大静摩擦力,故木块处于静止状态,则木块受到桌面静摩擦力的作用,大小为7
N,方向水平向左。
(2)将F1撤去后,由于F2小于最大静摩擦力,故木块仍然保持静止。由二力平衡知识知,木块受到的静摩擦力大小等于F2,即大小为6
N,方向水平向右。
(3)撤掉F2后,由于F1大于最大静摩擦力,则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力,大小为8
N,方向水平向左。
答案:(1)7
N 水平向左 (2)6
N 水平向右 (3)8
N 水平向左
思维升华:求解摩擦力大小的方法
(1)明确所求摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力。
(2)静摩擦力一般根据二力平衡来求。求解时应注意物体是否处于静止或匀速直线运动状态,若物体处于减速或加速运动状态,则二力平衡不成立。
(3)滑动摩擦力一般根据公式法计算,计算时注意滑动摩擦力的大小与物体的速度大小、物体是否匀速运动无关,只取决于动摩擦因数和正压力的大小。
┃┃对点训练__■
3.(2020·杭州高一期中)如图甲所示,小孩用80
N的水平力推木箱不动,木箱此时受到水平地面的摩擦力大小为F1;如图乙所示,小孩用100
N的水平力恰能推动木箱,此时木箱与水平地面间的摩擦力大小为F2;如图丙所示,小孩把木箱推动了,此时木箱与水平地面间摩擦力大小为F3,若木箱对水平地面的压力大小为200
N,木箱与水平地面间动摩擦因数为0.45,则F1、F2、F3的大小分别为( C )
A.80
N、80
N、90
N
B.80
N、80
N、45
N
C.80
N、100
N、90
N
D.80
N、100
N、45
N
解析:小孩用80
N的水平力推木箱,木箱不动,由二力平衡得F1=80
N;用至少100
N的水平力推木箱,木箱才能被推动,则有最大静摩擦力F2=100
N;由滑动摩擦力的表达式得F3=μFN=90
N,故选项C正确。
核心素养提升
以题说法·启智培优
对摩擦力认识的几个误区
误区一:误认为只有静止的物体才受静摩擦力作用,滑动摩擦力一定产生于运动的物体间
静摩擦力产生于两个相对静止的物体间,它们可能都运动;滑动摩擦力产生于两个相对运动的物体间,它们中可能有一个物体静止。例如,汽车加速前进时,相对于车厢静止的箱子随汽车一起运动受到向前的静摩擦力;狗拉雪橇向前运动时,静止的地面受到滑动摩擦力。
误区二:误认为摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
实际上摩擦力与相对运动方向或相对运动趋势方向相反,与物体的运动方向可能相反,可能相同,还可能与物体的运动方向不在一条直线上。
误区三:误认为物体间的压力越大,摩擦力就越大
实际上滑动摩擦力、最大静摩擦力与物体间的压力有关,压力越大,则滑动摩擦力和最大静摩擦力就越大,而静摩擦力的大小与物体间的压力无关。
误区四:误认为摩擦力一定是阻力
实际上摩擦力阻碍的是物体间的相对运动,摩擦力不一定是阻力,有可能是动力,如传送带就是利用摩擦力作为动力,将粮食由低处送到粮仓中。
案例 如图所示,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,并说明摩擦力充当动力还是阻力。
(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);
(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静止状态。因此它将相对于汽车向后滑动,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,此时静摩擦力是动力。
(2)汽车刹车时,速度减小,假设木箱与汽车的接触面是光滑的,则木箱将相对汽车向前滑动,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,此时静摩擦力是阻力。
(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,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,即木箱不受摩擦力。
(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,此时滑动摩擦力是阻力。
(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,此时滑动摩擦力是动力。
素养脉络构建
知识构建·整体呈现
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