3.2 摩擦力—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册讲义

物理概念和规律：
一、滑动摩擦力
1．定义：两个物体相互
、
，它们沿接触面发生相对运动时，每个物体的接触面上都受到对方作用的
的力。
2．产生条件
(1)两物体间接触且
，(2)接触面
(3)有相对滑动．
3．方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对滑动的方向
4．大小：f＝μN，其中μ叫做
，N表示两个物体接触面间的垂直作用力．
滑动摩擦力大小的三点说明
（1）滑动摩擦力的大小与压力成正比，还与接触面的性质有关，即f＝μN.
（2）公式中的“N”是指两个物体表面间的压力，不一定等于物体的重力．
（3）公式中的“μ”的数值与物体的
、
、
均无关
5．滑动摩擦力作用效果
“相对滑动”是指相互摩擦的两个物体之间有位置的变化，而不用考虑相对别的物体是否有位置的变化．
作用效果：阻碍物体间的相对滑动．
静止的物体可能受到
，滑动摩擦力
阻碍物体的运动，滑动摩擦力一定阻碍物体的
6．判断滑动摩擦力方向的具体步骤：
①选取研究对象(受滑动摩擦力作用的物体)，并选与其接触的物体为
．
②确定研究对象相对
的滑动方向．
③判定滑动摩擦力的方向(与相对滑动的方向相反)．
二、静摩擦力
1．定义：当两个彼此接触且相互挤压的物体之间没有发生相对滑动，但它们之间
存在
时，在它们的接触面上会产生一种阻碍物体间发生相对运动的力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体间相对滑动趋势的方向
．
静摩擦力的方向总是与物体的相对滑动趋势方向相反，与物体的运动方向可能
3．大小：由物体的运动状态和周围物体对它施加的力的情况决定，但有一个最大值．
静摩擦力的大小与其
相等，与压力的大小无关。
4．最大静摩擦力：静摩擦力的
f静max，其大小等于物体刚要运动时所需要的且沿相对滑动趋势方向的．
的大小，两物体间实际发生的静摩擦力f在零和最大静摩擦力f静max之间，即
.
5．静摩擦力产生的条件：
(1)物体
；(2)接触面
；(3)接触面间有
；(4)有相对滑动的趋势．
6．静摩擦力有无的判定：运动或静止的物体都有可能受到静摩擦力作用．
(1)假设法：先假设接触面
，看物体是否发生
．如果物体仍保持相对静止，则物体不受静摩擦力；反之则受静摩擦力(2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判定
7．静摩擦力方向的判定
(1)选取受力物体
(2)确定施力物体
(3)利用假设法判断受力物体
的运动趋势方向
(4)静摩擦力方向与相对滑动趋势方向相反
针对训练
1.　下列关于滑动摩擦力的认识正确的是
(　　)
A．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对滑动，因此滑动摩擦力是阻力
B．相互接触的两个物体间如果存在相对滑动，则它们之间一定存在相互的滑动摩擦力
C．快速行驶的自行车急刹车时与地面的摩擦力一定比慢速行驶的自行车同样条件下急刹车的摩擦力大
D．滑动摩擦力的方向可能跟物体运动方向相同，也可能跟物体运动方向相反
2.　三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，由于所受的水平拉力不同，A做匀速运动，B做加速运动，C做减速运动，那么，它们受到的摩擦力的大小关系应是
(　　)
A．fB>fA>fC　　　　
B．fBC．fB＝fA＝fC
D．不能比较大小
3.在水平力F作用下，重为G的物体沿墙壁匀速下滑，如图所示．若物体与墙壁之间的动摩擦因数为μ，则物体所受的摩擦力的大小为
(　　)
A．μF
B．Gμ
C．2G
D.
4.　如图所示，在水平面上，当沿水平方向的力F1＝20
N，F2＝11
N时，物体A保持静止．现保持F2不变，当F1减小到17
N时，物体受到的摩擦力大小是
(　　)
A．6
N　　　　　　
B．9
N
C．28
N
D．31
N
5.下列关于摩擦力和弹力的说法正确的是（　　）
A．摩擦力的大小总是跟正压力的大小成正比
B．静止的物体一定受到静摩擦力的作用
C．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
D．木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的
6.．取一只扁的玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮泥封口，使水面位于细管中。用手捏玻璃瓶，可以看到透明细管中的水面变化，说明玻璃瓶在手的作用下发生了形变，则下列说法正确的是（　　）
A．用手捏住玻璃瓶，只有手对玻璃瓶有力的作用，而玻璃瓶对手却没有力的作用
B．手对玻璃瓶的力是由于玻璃瓶的形变而产生的
C．由于手对玻璃瓶的力变大了，则手对玻璃瓶的摩擦力也变大了
D．只要玻璃瓶没有滑动，则手对玻璃瓶的摩擦力始终等于玻璃瓶的重力
7.下列操作能减小摩擦力的是（　　）
A．汽车换上新轮胎
B．短跑运动员换上钉子鞋
C．卫生间铺上防滑垫
D．电风扇转轴处加上润滑油
8.下列关于弹力和摩擦力的说法中正确的是（　　）
A．有摩擦力的接触面间必定有弹力，有弹力的接触面也一定有摩擦力
B．摩擦力的大小一定与物体所受的正压力大小成正比
C．轻杆不同于轻绳，其弹力的方向可以不在杆所在的直线方向上
D．摩擦力的方向总是与运动方向相反，起阻碍物体运动的作用
9.如图所示，平板车拉着集装箱沿水平公路以加速度a一起加速行驶。已知平板车的质量为M，集装箱的质量为m，两者间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则集装箱受到的摩擦力大小为（　　）
A．ma
B．Ma
C．μmg
D．μ（M+m）g
10.如图所示，物体在F=20N，方向水平向左的拉力作用下，沿水平面向左运动．已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.3，物体质量m=5kg，取g=10m/s2．可知物体所受摩擦力为（　　）
A．15N，水平向左
B．15N，水平向右
C．20N，水平向左
D．20N．水平向右
11.关于摩擦力的描述，下列说法中正确的是（　　）
A．摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
B．摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同
C．两物体之间有压力就一定有摩擦力
D．两物体之间有摩擦力就一定有压力
12.在研究摩擦力的实验中，每次用弹簧秤水平拉一放在水平桌面上的木块，木块运动状态及弹簧秤的读数如表所示（每次木块与桌面的接触面相同）则由表可知（　　）
实验次数
小木块运动状态
弹簧秤读数（N）
1
静止
0.4
2
静止
0.6
3
匀加速
0.7
4
匀速
0.5
5
匀减速
0.3
A．木块受到的最大摩擦力可能为0.6N
B．木块受到的最大静摩擦力一定为
0.6N
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，木块受到的摩擦力大小有二次是相同的
13.两倾斜的滑杆上分别套A、B两圆环，两环上分别用细线悬吊着两物体，如图所示．当它们都沿滑杆向下滑动时，A的悬线与杆垂直，B的悬线竖直向下，则（　　）
A．A环与杆无摩擦力
B．B环与杆无摩擦力
C．A环做的是匀速运动
D．B环做的是匀速运动
14.已知一些材料间动摩擦因数如下：
材料
钢﹣钢
木﹣木
木﹣金属
木﹣冰
动摩擦因数
0.25
0.30
0.20
0.03
质量为1kg的物块放置于水平面上，现用弹簧秤沿水平方向匀速拉动此物块时读得弹簧秤的示数为3N，则关于两接触面的材料不可能是（取g=10m/s2）（　　）
A．钢﹣钢
B．木﹣木
C．木﹣金属
D．木﹣冰
15.质量分布均匀的长木板放在水平桌面上，已知木板质量为m，长为l，木板与桌面间的动摩擦因数为μ．当用水平力F推木板向右加运动，当它经过图所示位置时，桌面对它的摩擦力不可能是（　　）
A．F
B．μmg
C．μmg
D．μmg
16..如图所示的四个实例中，目的为减小摩擦的是（　　）
A．轴承间装滚珠
B．写字时用力
C．门轴加润滑油
D．滑冰穿冰鞋
2、非选择题
17.（1）分析图中各种情况下物体A所受摩擦力的方向．
甲　　　　
　　乙　　　　　　
丙
甲中A受
的静摩擦力；乙中A受
的静摩擦力；丙中A受
的静摩擦力
（2）测定物体间的动摩擦因数有很多方法，某同学要用弹簧、直尺、细线等器材，测定木块与水平桌面间的动摩擦因数，他的实验步骤如下：
（1）用直尺测出弹簧的原长Lo；
（2）将木块用细线系住，挂在弹簧下，待木块静止时测出弹簧的长度L1；
（3）将木块放在水平桌面上，用细线系住并通过弹簧沿水平方向拉着它做匀速直线运动，测出这时弹簧的长度L2．则木块与水平桌面之间的动摩擦因数μ=　
　。简要写出分析过程：　
20.如图所示，质量为1kg的物体静止于水平地面上，右端连接有一轻质弹簧，其原长为10cm，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，现弹簧右端施加一水平拉力F．已知弹簧长度为12cm时，物体恰好匀速运动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。（g=10m/s2）求：
（1）弹簧的劲度系数多大；
（2）若弹簧长度为11cm时，物体所受到的摩擦力大小；
（3）若弹簧长度为14cm时，物体所受到的摩擦力大小。
物理概念和规律：
一、1.接触、挤压、阻碍相对滑动2.
相互挤压、粗糙3.
相反4.
动摩擦因数、受力情况、运动状态、接触面积的大小5滑动摩擦力、不一定、相对滑动6.
参考系、参考系（接触物）
二、1.
相对滑动的趋势2相反、相同3.与其平衡力相等4.
最大值、0＜f≤f静max5.
直接接触、粗糙、挤压6.
光滑、相对运动7相对施力物体
针对训练
1.
D解析：　滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对滑动，但不一定是阻碍物体运动，它既可作为动力又可作为阻力，它的大小与物体运动的速度和接触面大小无关，D正确，ABC错误.
2.C解析:　由f＝μFN知f的大小只与μ、FN有关，与物体的运动状态无关，C正确．ABC错误
3.
A解析:　对匀速运动的物体分析受力，在水平方向F＝N，再由滑动摩擦力的计算式f＝μN得f＝μF，A正确．由竖直方向二力平衡条件得f＝G，C错误．
4.
A解析:　初始状态下，物体所受摩擦力f＝F1－F2＝9
N，可知物体的最大静摩擦力fmax≥f＝9
N．当F1减小到17
N时，F1′－F2＝6
NN，A正确．
5.C解析：滑动摩擦力的大小总是跟正压力的大小成正比，静摩擦力大小与正压力无关，故A错误；静摩擦力产生的条件是接触面粗糙，存在压力与相对运动趋势，静止的物体，可能受到滑动摩擦力，比如：在地面滑动的物体，地面是静止的，却受到滑动摩擦力，故B错误；滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，故C正确；木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，这是由于桌面发生微小形变而产生的，故D错误。
6.D解析：据牛顿第三定律知手对玻璃瓶有力的作用与玻璃瓶对手力的作用是一对相互作用力，故A错误；手对玻璃瓶的力是由于手的形变而产生的，故B错误；随着手握瓶的力增大，并且玻璃瓶始终静止，由平衡条件可知，物体受到的重力与摩擦力大小相等，由于玻璃瓶的重力不变，则摩擦力也不变，故C错误；由于玻璃瓶静止，所以玻璃瓶受力平衡，则玻璃瓶在竖直方向受竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力，并且玻璃瓶受到的重力等于摩擦力，故D正确。
7.D解析：新轮胎的花纹清晰，汽车换上新轮胎后，轮胎与地面之间的粗糙程度增大，能增大摩擦力，故A错误；短跑运动员换上钉子鞋能增大鞋与地面之间的摩擦力，故B错误；卫生间铺上防滑垫增大防滑垫与地面之间的摩擦力。故C错误；电风扇转轴处加上润滑油，能减小转轴与接触点的摩擦力。故D正确。
8.C解析：摩擦力产生的条件中，必须接触挤压，所以有摩擦力必有弹力，但有弹力不一定有摩擦力，故A错误；滑动摩擦力的大小与正压力成正比，静摩擦力大小与压力无关，故B错误；轻杆不同于轻绳，其弹力的方向可以不在杆所在的直线方向上，故C正确；摩擦力的方向可能与运动方向相同，也可能与运动的方向相反，但总是和物体之间的相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。故D错误。
9.A解析：以集装箱为研究对象，水平方向只受摩擦力作用，根据牛顿第二定律可得集装箱受到的摩擦力大小f=ma，故A正确，BCD错误。
10.B解析：物体相对地面运动，故物体受到的滑动摩擦力，则摩擦力的大小为：
f=μFN=μmg=0.3×5×10N=15N；滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，故摩擦力方向向右，故B正确，ACD错误。
11.BD解析：摩擦力的方向总是与相对滑动的方向或是相对滑动趋势的方向相反，有时与物体的运动方向相同（当摩擦力为动力时），有时与运动方向相反（摩擦力为阻力时），A错误，B正确；摩擦力产生的条件是相互接触、相互挤压（有正压力）、接触面粗糙和有相对运动或相对运动趋势，所以只有压力，不一定有摩擦力；但有摩擦力，就一定有压力，故C错误，D正确
12.AC解析：由表中实验数据可知，第一次实验时，木块受到的静摩擦力是0.4N，第二次实验时受到的静摩擦力是0.6N，所以最大静摩擦力可能是0.6N，0.7N是加速运动时弹簧秤的拉力，与摩擦力不相等，最大静摩擦力不一定是0.7N，A正确，B错误；第4次实验木块做匀速直线运动，处于平衡状态，木块受到的滑动摩擦力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，由平衡条件得：木块受到的滑动摩擦力为0.5N，不论加速、减速、还是匀速滑动摩擦力都是0.5N，C正确；在这五次实验中，加速、匀速和减速过程木块受到的摩擦力大小是相同的，前两次静摩擦力不同，D错误。
13.
AD解析：左图，物体受重力和拉力两个力，两个力的合力不等于零，知物体与A以共同的加速度向下滑，对物体有：=gsinθ，则A的加速度为gsinθ，做匀加速直线运动，对A环分析，设摩擦力为f，有Mgsinθ﹣f=Ma，解得f=0．所以A环与杆间没有摩擦力，A正确，C错误；右图，物体处于竖直状态，受重力和拉力，加速度方向不可能平行于杆，速度方向平行于杆，故两个力平衡，物体做匀速直线运动，所以B环也做匀速直线运动。B环受重力、支持力、拉力和摩擦力处于平衡。B错误，D正确。
14.ACD解析：物体匀速运动时：F=f
，滑动摩擦力为：f=FNμ=mgμ
联立①②解得：μ=0.3，所以两接触面的材料可能是木-木，不可能是钢﹣钢、木﹣金属、木﹣冰，ACD正确，B错误。
15.ABC解析：木块重心还在桌面上，压力N=mg；故木板向右加速滑动时受到的滑动摩擦力f=μN=μmg，小于推力F，ABC正确，D错误。
16.ACD解析：轴承中装有滚珠，是将滑动摩擦变为滚动摩擦，是减小摩擦的一种方法。A正确；用力写字，这是用增大压力的方法来增大摩擦的，否则写不上，B错误；车轴加润滑油是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力的，C正确；运动员能在冰面上滑行，鞋上的冰刀的刃口很窄，刀的前面呈弯月形，中央凹进一些。因此，冰刀与冰面的接触面积非常小。滑行时在冰刀和冰面处会产生水珠，减小摩擦，这样便于运动员快速滑行。D正确。
17.（1）沿传送带向上；沿斜面向上；竖直向上
解析：　甲图中A随传送带一起匀速上升，以传送带为参考系，则A相对传送带静止，且有沿传送带向下滑动的趋势，则A受的静摩擦力方向为沿传送带向上．乙中A有相对斜面向下的相对运动趋势，受到的摩擦力沿斜面向上．丙中F使A物块压紧墙壁，A和墙壁之间产生正压力，而A相对于墙壁的运动趋势沿墙壁向下，故受到的静摩擦力方向沿墙壁向上．
（2）根据胡克定律可以求出物体的重力大小，当物体在水平拉力作用下匀速运动时，弹簧拉力等于滑动摩擦力大小，根据Ff=FNμ结合拉力等于滑动摩擦力即可求出摩擦因数大小。　
18.（1）100N/m；（2）1N；（3）2N
解析：（1）10cm=0.1m；12cm=0.12m，11cm=0.11m，14cm=0.14m
滑动摩擦力及最大静摩擦力：fm=μmg
物体受力平衡：fm=k（x﹣x0）
解得：k=100N/m
（2）根据胡克定律：F1=k（x1﹣x0）=100×（0.11﹣0.10）N=1N
F1＜fm
 ；；故物体静止
所受静摩擦力f1=F1=1N
（3）弹簧弹力：F2=k（x2﹣x0）=100×（0.14﹣0.10）N=4
N。
F2＞fm，物体将加速前进
此时所受到的滑动摩擦力为：f2=fm=2N
21.（1）32N;（2）0.25．
解析：（1）物体受力如图所示，物体所受的合力F合=Fcos37°﹣Ff=60×0.8﹣16N=32N．
（2）竖直方向上平衡，有：N+Fsin37°=G
解得N=G﹣Fsin37°=100﹣60×0.6N=64N．
则动摩擦因数μ===0.25．