2011-2012学年高一物理必修1（人教版）学案课件第三章 相互作用3.3 摩擦力

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第三章　相互作用
学案3 摩擦力
如图所示，试取一枝铅笔，放到两个水平伸直的食指上，然后使两指互相靠近，并且使铅笔继续保持水平，你马上就会发现，铅笔先在一只手指上滑动，然后在另外一只手指上滑动，这样轮流下去。假如取一根棒代替铅笔，这情形会重复很多次，你能解释这种奇怪的现象吗？
铅笔一开始压在两个手指上的力一般是不相等的，假设压在左侧手指上的力大于压在右侧手指上的力，则当两手指移动时，接触面上的摩擦力左侧大于右侧，正是这个较大的摩擦力阻碍了铅笔在压力比较大的支点的滑动，等到两指逐渐移近以后，铅笔的重心就逐渐和滑动的支点接近，滑动支点的压力逐渐增大，增大到跟左侧支点压力相等，但是滑动摩擦力小于最大静摩擦力，因此右侧手指与铅笔的相对滑动要持续一段时间，直到滑动支点上的压力使它停了下来，此时左侧手指开始相对铅笔滑动，即铅笔先相对右侧手指向右移，然后相对左侧手指向左移，并且这种现象会持续下去，铅笔就交替在两手指上滑动从而出现了开始叙述的奇怪现象。
学点1 静摩擦力
　 ①“接触”的含义：两物体相互接触且有形变（弹力）
②“相对静止”的含义：两个物体都静止或两个物体同向运动且有相同的速度。
③“相对运动趋势”的含义：一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能，但还处于相对静止状态。
④“阻碍”的含义：说明了静摩擦力的作用效果，阻碍物体间相对运动趋势。例如人行走时，静摩擦力阻碍鞋与地面间的相对运动趋势，使人向前走；加速汽车上的木箱受到的静摩擦力阻碍木箱在车板面上的相对运动趋势，使木箱加速向前；静止在斜面上的物体受到的静摩擦力阻碍物体相对斜面的相对运动趋势。使物体不能运动。所以静摩擦力既可与物体的运动方向相同做动力，也可与物体的运动方向相反做阻力。
(2)对定义的理解
(1)定义：
两个相互接触而保持相对静止的物体，当它们之间存在相对运动趋势时，在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对运动趋势的力，这种力叫静摩擦力。
⑵产生条件：
①两物体相互接触；②接触面不光滑；③两物体间有弹力；④两物体间有相对运动的趋势。
如果前三个条件都满足，可用“假设法”判断物体间有无相对运动趋势，如无相对运动趋势，则无静摩擦力。
只有四个条件都满足，才能确定静摩擦力的存在。
（４）静摩擦力的大小
如图3-3-1所示，水平面上放一静止的物体，当人用水平力
推物体时，此物体静止不动，据二力平衡条件，说明静摩擦力
的大小等于推力的大小，有如下推理：
对木箱：
推力 二力平衡 静摩擦力等于F
原理知
推力2F 二力平衡 静摩擦力等于2F
原理知
推力为Fmax 物体就要动 静摩擦力等于Fmax（称为最大静摩擦力）
由二力平衡原理知
故静摩擦力的取值范围为：0≤F≤Fmax
图3-3-1
（３）假设法判断静摩擦力的有无。
如果我们想确定物体Ａ与另一物体Ｂ的接触面间是否存在摩擦力时，我们可先假设物体Ａ与Ｂ接触面没有静摩擦力（或接触面光滑）。然后，分析该物体Ａ在所受的其他力的作用下，能否保持实际运动状态如静止、匀速、加速、减速。如物体Ａ仍能保持实际运动状态，则说明物体Ａ与Ｂ间无静摩擦力；如果该物体Ａ不能保持实际运动状态，则说明物体Ａ与Ｂ间一定有静摩擦力。
说明：①静摩擦力大小与正压力无关，但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。
②静摩擦力可以是阻力，也可以充当动力，如人跑步时地面给人的静摩擦力就是动力，传送带上的物体随传送带一起动，静摩擦力也是动力。
③最大静摩擦力一般比滑动摩擦力大些，但有时认为二者是相等的。
（5）静摩擦力的方向
注意:运动的物体可以受到静摩擦力的作用，静摩擦力的方向可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反。
静摩擦力的方向总是跟接触面相，并且跟物体相对运动趋势的方向相反，如图
3-3-2甲所示，静止在斜面上的物体m有沿斜面向下滑的趋势，所以物体受到沿斜面向上的静摩擦力。又如图3-3-2乙所示，用力
Ｆ拉水平地面上的Ａ板，板及板上的物体Ｂ
保持相对静止做加速运动，对Ｂ而言，对地
是运动的，但相对Ａ是静止的。可假设Ａ、
Ｂ间无摩擦力，则Ａ做加速运动时，Ｂ不可
能随Ａ一起运动，故Ａ、Ｂ间有摩擦力，而
Ｂ毕竟相对Ａ有向后运动的趋势，所以Ｂ受到方向与运动方向相同的静摩擦力的作用。
甲
乙
图3-3-2
【解析】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，正压力不够大，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，手与瓶之间的正压力越大，最大静摩擦力也越大；但是油瓶受到的是静摩擦力，是与油瓶重力相平衡的静摩擦力，是一个定值——等于油瓶的重力。可见，选项Ｂ错误，Ｃ正确；显然Ｄ也不正确。
【例1】用手握住一个油瓶（瓶始终处于竖直方向），如图
３－３－３所示。下列说法正确的是（ ）
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
A C
【评析】正确理解静摩擦力的求法和最大静摩擦力与正压力的关系是解决本题的关键。
图3-3-3
1
如图3-3-4所示，水平面上叠放着两个物体Ａ、Ｂ。
⑴若用力Ｆ拉Ｂ物体，但拉不动，试判断Ａ、Ｂ之间有无摩擦力。
⑵若用力Ｆ拉Ｂ物体，使Ａ、Ｂ一起匀速运动，试判断Ａ、Ｂ之间有无
摩擦力。若有，判断Ａ受摩擦力的方向。
⑶若用力Ｆ拉Ｂ物体，使Ａ、Ｂ一起加速运动，试判断Ａ、Ｂ之间有无
摩擦力。若有，判断Ａ受摩擦力的方向。
【答案】（１）无（２）无（３）有，水平向右
图3-3-4
⑶方向：滑动摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动。
说明： ①滑动摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动的方向相反。
②静止的物体也可以受到滑动摩擦力的作用。
③滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同，也可以相反。
学点2 滑动摩擦力
⑴滑动摩擦力：当一个物体跟另一个物体存在相对滑动时，在它们接触面上产生的摩擦力叫滑动摩擦力。
⑵产生条件：
①两物体之间的接触面不光滑。
②两物体相互挤压，即两物体之间的正压力ＦＮ≠０。
③两物体之间有相对滑动。
注意：①三个条件必须同时满足。
②要正确区分“相对运动”和“运动”，运动的物体与跟它接触的物体不一定有相对运动；有相对运动的物体不一定运动。
⑷大小：Ｆ＝μFN。
①μ的理解：反映接触面本身特性的物理量，与接触面的材料、粗糙程度有关，与接触面积大小无关，与物体的运动状态无关，与物体的受力情况无关。
②滑动摩擦力Ｆ大小与ＦN成正比，与物体的运动状态无关。
③公式Ｆ＝μFN中的ＦN是两个物体接触面的压力，俗称“正压力”（垂直于接触面的力），性质上属于弹力，它不是物体的重力，许多情况下需结合物体的平衡条件加以确定。
④该公式的适用条件是滑动摩擦力；求静摩擦力的大小时该公式不成立，求最大静摩擦力可以用此公式。
【例2】用劲度系数k=490 N/m的弹簧沿水平方向拉一木板，在水平桌
面上做匀速直线运动，弹簧的长度为12cm。若在木板上放一质量
为5kg的物体，仍用原弹簧沿水平方向匀速拉动木板，弹簧的长度
变为14cm。试求木板与水平桌面间的动摩擦因数μ。
【答案】0.2
【评析】利用μ=F/FN求解时，须明确ＦＮ的含义，ＦＮ为正压力。
如图3-3-5所示，在水平桌面上放一GA＝20Ｎ的木块Ａ，已知木块与桌面间的动摩擦因数μA＝0.4，那么：
(1)使木块Ａ沿桌面做匀速直线运动时的水平拉力Ｆ拉为多大？
(2)如果再在木块Ａ上加一块重GB＝10Ｎ的木块Ｂ，如图3-3-6所示，已知Ｂ与Ａ之间的动摩擦因数为μB＝0.2，那么当Ａ、Ｂ两木块一起沿桌面匀速滑动时，所需的水平拉力Ｆ′拉为多大？
【答案】⑴８ N ⑵12 N
2
图3-3-5
图3-3-6
1.判断静摩擦力的有无及方向常用的方法有哪些？分别是怎样的？
　 ⑴假设法：首先假设两物体的接触
面光滑，这时若两物体不发生相对运动，则说明它
们原来没有相对运动趋势，也没有静摩擦力；若两
物体发生相对运动，则说明它们原来具有相对运动
趋势，并且原来相对运动趋势的方向与假设接触面
光滑时相对运动的方向相同，然后根据静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反确定静摩擦力方向。如图所示，物体Ａ静止在斜面Ｂ上，Ｂ固定在水平面上，要判断Ａ所受静摩擦力的方向，可以假设Ａ、Ｂ的接触面光滑，这时Ａ相对Ｂ沿斜面向下滑动，即原来静止的Ａ相对于Ｂ运动趋势的方向是沿斜面向下的。Ａ所受静摩擦力的方向是沿斜面向上的。
⑵根据物体运动状态分析法：首先判断物体的运动状态，若物体处于平衡状态，则根据平衡条件判断静摩擦力的方向，静摩擦力的方向一定与物体所受除静摩擦力以外的其他所有力的合力的方向相反。
2.有的同学认为求解滑动摩擦力的公式Ｆ＝μFN中的ＦＮ一定等于物体的重量，这种观点对吗？为什么？
这种观点是错误的，F=μFN中的
FN是一个物体对另一个物体表面的垂
直作用力，并不一定等于物体的重量。
例如，在图中，物体m沿倾角为θ的
斜面下滑，则此时FN=mgcosθ，若物
体与斜面间的动摩擦因数为μ,叫滑动
摩擦力F=μmgcosθ
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