人教版高中物理必修1第三章第3节 摩擦力练习

第三节
摩擦力
一、静摩擦力
【思考】
1.把木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图所示.
当测力计的示数为1
N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2
N
时，木块仍静止；继续增大拉力到4
N时，木块开始移动，此时拉力突然变小到3.8
N，此后木块匀速运动，拉力保持3.8
N不变.
(1)木块受到拉力1
N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？
(2)随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？
(3)静摩擦力在哪里产生？沿什么方向？
答案　（1）桌面对木块施加一个与拉力方向相反的、大小也为1
N的力，这个力就是桌面对木块的静摩擦力.
（2）静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值.
（3）静摩擦力产生在相对静止但有相对运动趋势的物体之间.静摩擦力的方向与接触面相切，与物体相对运动趋势的方向相反.
2.在矿山、码头、工厂中多用传送带将货物由低处传送到高处.如图所示，传送带匀速转动，货物和传送带相对静止.
(1)传送带靠什么力把货物送到高处？此力方向如何？
(2)只有静止的物体才受静摩擦力吗？静摩擦力总是阻碍物体的运动吗？
答案　（1）静摩擦力.静摩擦力的方向沿斜面向上(与物体运动方向相同).
（2）不是.静摩擦力发生在两个相对静止的物体之间，物体本身可以运动.
静摩擦力阻碍的是相对运动趋势，并不总是阻碍物体的运动.静摩擦力也可以是动力.
【基础概念】
1.定义：两个物体之间只有
，而没有
时产生的摩擦力叫做静摩擦力.
2.静摩擦力产生的条件
(1)物体相互接触且相互挤压.
(2)接触面
.
(3)两物体间相对静止但有
.
注意：物体是“相对静止”，并不是静止.
3.静摩擦力的方向
总是沿着
，并且跟物体间
的方向相反.
注意：(1)与“相对运动趋势的方向相反”，并不是与“运动方向”相反.(2)静摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动趋势，并不是阻碍物体的运动.
4.静摩擦力的大小
(1)静摩擦力的大小总随迫使物体发生相对运动的外力的变化而变化，与正压力大小
(填“有关”或“无关”).
(2)静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦力Fmax，静摩擦力的范围是
.
(3)静摩擦力的大小一般根据平衡条件求解.如下图中水平力F＝1
N、2
N、3
N时物块没有运动，静摩擦力大小分别为
N、
N、
N.
答案：相对运动的趋势；相对运动；粗糙；相对运动趋势；接触面；相对运动趋势；无关；0【延伸思考】
产生静摩擦力的条件之一是“两物体之间有相对运动趋势”.那么，何为“相对运动趋势”？如何判断“相对运动趋势”的方向？
答案：“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，但还处于相对静止状态.例如用力推木箱，木箱未动，但木箱有相对地面向前的运动趋势.“相对运动趋势的方向”是指假设接触面光滑时，物体将要发生相对运动的方向.如图，物体静止在粗糙斜面上，假设斜面光滑时，物体将沿斜面下滑，即物体静止时，相对(斜面)运动趋势的方向是沿斜面向下.
【典例精析】
例1　关于摩擦力的产生，下列说法中正确的是(　　)
A.相互压紧的粗糙物体间一定有摩擦力
B.有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力
C.相互压紧并运动的物体间一定有摩擦力作用
D.只有相互压紧和发生相对运动(或有相对运动趋势)的物体间才可能有摩擦力的作用
解析　要产生摩擦力，首先要有弹力，其次要接触面不光滑，还要有相对运动或有相对运动趋势，故只有D正确.
答案　D
例2（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(　　)
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.
答案　BC
【变式训练】
1.(静摩擦力)水平地面上的物体在沿水平方向的拉力作用下，仍处于静止，则物体所受静摩擦力的大小(　　)
A.与压力成正比
B.等于水平拉力
C.小于滑动摩擦力
D.在物体上叠放另一物体，该物体受到的静摩擦力不变
解析　静摩擦力的产生取决于使物体产生相对运动趋势的外力的作用，也就是等于平行于接触面切线方向的外力的大小，与压力大小无关，故B、D正确.
答案　BD
2.(静摩擦力)用手握住瓶子，使瓶子在竖直方向悬空静止，关于瓶子所受的摩擦力,下列说法正确的是(　　)
A.握力越大，摩擦力越大
B.只要瓶子不动，摩擦力的大小就与握力的大小无关
C.如果握力加倍，则摩擦力的方向由向下变成向上
D.手越干越粗糙，摩擦力越大
解析　只要瓶子静止，根据二力平衡的知识，瓶子在竖直方向上受到的静摩擦力与重力总是等大反向，与握力大小无关.B项正确.
答案　B
二、滑动摩擦力
【思考】
用力将黑板擦(毛较长)在黑板上滑动，观察毛刷的弯曲方向.如图所示，毛刷为什么向后弯曲？
答案　因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿板面，与板擦运动方向相反.
2.把手按在桌面上，用力向前滑动，手有什么感觉？增大手与桌面的压力，感觉有什么不同？这说明什么？阅读课本，写出滑动摩擦力的公式.
答案　手受到向后的阻力(滑动摩擦力).感觉手受到向后的阻力(滑动摩擦力)增大.滑动摩擦力大小随着压力的增大而增大.F＝μFN.
【基础概念】
1.定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体
的力，这种力叫做滑动摩擦力.
2.滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触且
.
(2)接触面
.
(3)两物体间有
.
3.滑动摩擦力的方向
总是沿着
，并且与
的方向相反.
注意：(1)与“相对运动的方向相反”，并不是与“运动方向”相反.
滑动摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动，并不是阻碍物体的运动.
4.滑动摩擦力的大小
滑动摩擦力的大小跟
成正比.
公式：F＝μFN，μ为动摩擦因数，取决于相互接触的两物体的
和接触面的粗糙程度，与接触面的面积
(填“有关”或“无关”)，与物体间相对运动的速度大小
(填“有关”或“无关”).
答案：阻碍它滑动；相互挤压；粗糙；接触面；相对运动；压力；材料；无关；无关。
【典例精析】
例3　装修工人在搬运材料时施加一水平拉力将其从水平台面拖出，如图所示，则在匀速拖出的过程中(　　)
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，因而工人拉力也不变
解析　匀速拉动的过程只能持续到重心离开台面的瞬间，材料的重心在台面上，故材料对台面的压力不变，故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＝μFN可知摩擦力是不变的，故A、B错误；
因为材料做匀速直线运动，摩擦力不变，所以工人的拉力是不变的，故D正确.
答案　D
例2
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　在地面上，FN＝mg，则滑动摩擦力(即最大静摩擦力Fmax)大小为Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10
N＝10
N.
(1)当推力F＝5
N时，FN.
(2)当推力F＝12
N时，F>Fmax，物体滑动，则地面对物体的滑动摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10
N.
(3)物体运动过程中突然把推力去掉，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
【变式训练】
1.(滑动摩擦力的理解)以下关于滑动摩擦力的说法中，正确的是(　　)
A.滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反
B.滑动摩擦力总是阻碍物体的运动
C.滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反
D.两个相互接触的物体发生相对滑动时，它们都要受到滑动摩擦力的作用
解析　滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，但与物体的运动方向既可能相同，也可能相反，既可能促进物体的运动，也可能阻碍物体的运动，A、B错误，C正确.
摩擦力的产生必须具备三个条件，两个相互接触的物体发生相对滑动时，接触面间相互挤压和粗糙的条件不一定具备，此时物体间不一定有摩擦力，D错误.
答案　C
2.(摩擦力大小的计算)用20
N的水平力在水平地面上拉重60
N的物体时，物体恰能被拉动；物体运动后只需18
N
的拉力即可使物体做匀速直线运动.该物体静止在水平地面上，若用15
N的水平力拉该物体，物体受到的摩擦力大小为________；若用30
N的水平力拉该物体，物体受到的摩擦力大小为________；物体与地面间的动摩擦因数为________.
解析　水平力为20
N时恰能拉动物体，说明最大静摩擦力Fmax＝20
N.若用F1＝15
N的力拉物体，由于F1N，又因为物体运动后只需18
N的拉力即可使物体做匀速直线运动，故F滑＝18
N，当用F2＝30
N的力拉物体时，F2>Fmax，物体受滑动摩擦力，大小为F滑＝18
N.又由F滑＝μFN得μ＝＝＝0.3.
答案　15
N　18
N　0.3
课堂要点小结:
静摩擦力
滑动摩擦力
说明
产生条件
相同点
①相互接触；②相互挤压；③接触面粗糙
最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大；在有些计算中可认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力
不同点
有相对运动趋势
有相对运动
力的三要素
大小
不同点
被动力，与压力无关，大小为0与压力成正比，公式F＝μFN
最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大；在有些计算中可认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力
方向
相同点
①与运动方向无直接关系，可与运动方向同向，也可与运动方向反向或者成某一夹角；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
最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大；在有些计算中可认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力
作用点
相同点
在接触面上，作力的图示时，可根据等效原理画到物体的重心上
随堂练习
一、选择题
1.如图所示，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(　A　)
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：本题考查弹力和摩擦力的方向。解题关键要明确，弹力方向垂直于接触面，摩擦力方向沿接触面，M点受到的支持力方向竖直向上，受到的静摩擦力方向沿水平面，A对C错。N点受到支持力方向垂直MN方向，静摩擦力方向沿MN方向，B、D正确。
2．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。
3．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。
4．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。
5．滑块A和B叠放在传送带上，A被细线连于墙上。如果传送带逆时针旋转，滑块A和B都相对地面静止，则下列说法正确的是(　D　)
A．B受到的静摩擦力水平向左
B．A受到的静摩擦力水平向左
C．传送带的转速变成原来的两倍，A受到的滑动摩擦力也变成原来的两倍
D．无论传送带的转速是多少，B都不受摩擦力
解析：物体B不受摩擦力，A错误，D正确；
A受到传送带向左的滑动摩擦力，B错误；摩擦力与相对速度无关，只与动摩擦因数(粗糙程度)和正压力有关，C错误。
6.在水平台上放一物体，物体与平台间的动摩擦因数为μ，现用一水平推力F把物体推向台边，如图所示，物体在台边翻倒以前的过程中，台面对物体的摩擦力(　B　)
A．逐渐减小到零　
B．保持不变
C．先增大后不变
D．先增大后减小
解析：翻倒以前物体对平台的压力不变，所以滑动摩擦力大小不变。
7.如图所示是幽默大师卓别林一个常用的艺术造型，他身子侧倾，依靠手杖的支持使身躯平衡，下列说法正确的是(　BD　)
A．水平地面对手杖没有摩擦力的作用
B．水平地面对卓别林有摩擦力的作用
C．水平地面对手杖的弹力方向沿杆向上
D．水平地面对卓别林的弹力方向竖直向上
解析：假设地面光滑，手杖将在地面上向右滑动，所以手杖与地面间有相对运动趋势，地面对手杖有摩擦力作用，A错，B对。水平地面对手杖的弹力垂直于水平面向上，C错。水平地面对卓别林的弹力方向竖直向上，D对。
8．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　)
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。
9．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。
10.为了测定木块和竖直墙壁之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：用一根弹簧将木块压在墙上，同时在木块下方有一个拉力F2作用，使木块恰好匀速向下运动，如图所示。现分别测出了弹簧的弹力F1、拉力F2和木块的重力G，则动摩擦因数μ应等于(　A　)
A.
B.
C.
D.
解析：木块恰好匀速向下运动，说明木块受力平衡，则有；f＝G＋F2　f＝μF1　解得：μ＝，故选A。
11.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。
12．物体b在力F作用下将物体a压向光滑的竖直墙壁，如图所示，a处于静止状态，则关于a受的摩擦力的下列说法中不正确的是(　ACD　)
A．a受的摩擦力有两个
B．a受的摩擦力大小不随F变化
C．a受的摩擦力大小随F的增大而增大
D．a受的摩擦力方向始终竖直向下
解析：对于a，由于墙壁光滑，只受到b对a的摩擦力，b对a的摩擦力等于a的重力，方向竖直向上，F增大，摩擦力大小不变，始终等于a的重力，故B正确，A、C、D错误，本题选错误的，故选A、C、D。
二、非选择题
1．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200g的砝码，砝码静止时，弹簧压缩量为2mm。现用这支圆珠笔水平推一本放在桌面上质量为800g的书，当按钮压缩量为2.4mm(未超过弹簧的弹性限度)时，这本书恰好匀速运动。(g取10m/s2)试求：
(1)笔内小弹簧的劲度系数；
(2)书与桌面间的动摩擦因数大小。
答案：(1)1000N/m　(2)0.3
解析：(1)由于砝码处于静止，则kΔx＝mg所以有k＝＝N/m＝1000N/m
(2)要使书恰好能匀速运动，则kΔx′＝μmg得μ＝＝＝0.3
2.“强台风”是一个巨大的能量库，其风速都在17m/s以上，甚至在60m/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22m/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164N。假设这个人重60kg，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＝10N/kg)
(1)当风速达到22m/s时，人能不能被吹动？
(2)当风速达到15m/s时，吹在人身上的水平风力达到76N，站在地上的人受的摩擦力多大？
(3)当风速达以25m/s时，吹在人身上的水平风力达到
212N，站在地面的人受的摩擦力多大？
答案：(1)能被吹动　(2)76N　(3)156N
解析：(1)人和地面之间的压力为N＝mg＝600N
人和地面之间的最大摩擦力为f＝μN＝156N
因为F>f，所以人能被吹走，
(2)当风力F1＝76N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＝76N
(3)当风力F2＝212N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＝156N
3.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。)
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＝