高中物理鲁科版新教材必修第一册学案 第3章 第3节　摩擦力Word版含解析

第3节　摩擦力
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)一个物体在另一个物体表面滑动时，一定产生摩擦力． (×)
(2)滑动摩擦力的方向沿接触面，与物体运动方向相反． (×)
(3)静止的物体可能受到滑动摩擦力． (√)
(4)静止于水平粗糙地面上的木箱，受到的静摩擦力大小与推力大小有关． (√)
2．下列关于摩擦力的说法，正确的是(　　)
A．相对运动的两物体间一定存在摩擦力
B．摩擦力总是阻碍物体的运动
C．运动物体受到的摩擦力的方向总是与运动方向相反
D．相对静止的两个物体之间，也可能有摩擦力的相互作用
D　[摩擦力产生的条件是两个物体接触且有弹力的相互作用，接触面粗糙，有相对运动(或相对运动趋势)，三者缺一不可，故选项A错误；相对静止的两个物体间，可能有静摩擦力的相互作用，故选项D正确；摩擦力的方向总是与相对运动(或相对运动趋势)的方向相反，所以，摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相反，也不一定总是阻力，故选项B、C错误．]
3.(多选)如图所示，质量为m的木块在水平推力F的作用下静止在竖直墙壁上，若推力F的大小增加到2F，则(　　)
A．木块所受墙面的弹力增加到原来的2倍
B．木块所受墙面的摩擦力增加到原来的2倍
C．木块所受墙面的摩擦力方向向下
D．木块所受墙面的摩擦力不变
AD　[由于木块与墙面相对静止，所以木块与墙面之间的摩擦力为静摩擦力．木块在水平方向受到推力F和墙对它的弹力，它们是一对平衡力，即FN＝F，则当F增加到2F时，FN也增加到原来的2倍，A正确；在竖直方向上，木块的重力与墙面对木块的静摩擦力是一对平衡力，即木块受到墙面的静摩擦力大小恒等于木块的重力大小，方向与重力的方向相反，沿墙壁向上，B、C错误，D正确．]
对摩擦力的理解
猫喜欢吃鱼，某次一只猫看到桌子上的鱼缸内有鱼，于是这只猫在桌边猛的将桌布从鱼缸下向右拉出，鱼缸在桌面上继续向右滑行一段距离后停下来，最终没有滑出桌面．
探究：(1)桌面对鱼缸的摩擦力的方向向左还是向右？
(2)若猫增大拉力，桌面对鱼缸的摩擦力是否将增大？
提示：(1)鱼缸相对桌面向右滑动，因而所受滑动摩擦力方向向左．
(2)滑动摩擦力只与压力和动摩擦因数有关，因此增大拉力，滑动摩擦力不变．
静摩擦力与滑动摩擦力的比较
静摩擦力 滑动摩擦力
产生条件 ①两物体之间有弹力
②接触面粗糙
③有相对运动趋势 ①两物体之间有弹力
②接触面粗糙
③有相对运动
“相对”的含义 两物体相对静止但有相对运动趋势 两物体间有相对运动
作用效果 阻碍物体间的相对运动趋势 阻碍物体间的相对运动
方向 跟接触面相切并与物体相对运动趋势的方向相反 跟接触面相切并与物体相对运动的方向相反
【例1】　如图所示，在平直公路上有一辆汽车，车厢中装有一木箱．试判断下列情况中，木箱所受摩擦力的类型及方向．
(1)汽车由静止加速运动(木箱和汽车无相对滑动)．
(2)汽车刹车(二者无相对滑动)．
(3)汽车匀速运动(二者无相对滑动)．
(4)汽车刹车，木箱在车上向前滑动．
(5)汽车在匀速行驶中突然加速，木箱在车上滑动．
思路点拨：静摩擦力阻碍相对运动趋势，与相对运动趋势方向相反；滑动摩擦力阻碍相对运动，与相对运动方向相反．
[解析]　(1)汽车由静止加速运动时，假设木箱与汽车的接触面是光滑的，木箱将相对于汽车向后滑动．实际上两者无相对滑动，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．
(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，则木箱将相对于汽车向前滑动．实际上木箱没有滑动，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．
(3)木箱随汽车一起匀速运动时，二者无相对滑动，也无相对滑动趋势．木箱与汽车间没有摩擦力．
(4)汽车刹车，木箱相对于汽车向前滑动，所以木箱受到向后的滑动摩擦力．
(5)汽车在匀速行驶过程中突然加速，木箱相对汽车向后滑动，所以木箱受到向前的滑动摩擦力．
[答案]　(1)木箱受到向前的静摩擦力　(2)木箱受到向后的静摩擦力　(3)木箱与汽车间没有摩擦力　(4)木箱受到向后的滑动摩擦力　(5)木箱受到向前的滑动摩擦力
[误区警示]　
有关摩擦力理解的三大误区
(1)误认为静止的物体只能受到静摩擦力作用，运动的物体只能受到滑动摩擦力作用，其实不论物体是静止还是运动，都可能受静摩擦力或滑动摩擦力．
(2)误认为摩擦力的效果总是阻碍物体的运动，其实摩擦力既可作动力，又可作阻力．
(3)误认为摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反，其实摩擦力的方向可以与物体的运动方向相反，也可以与物体的运动方向相同．
[跟进训练]
1．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
C　[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．]
静摩擦力的有无和方向的判定
爬杆需要一定的技巧，且存在难度，比较适合青少年锻炼身体，某次一个男生握住旗杆匀速上爬，之后又匀速滑下来．
探究：(1)向上爬时人是否受摩擦力，方向如何？
(2)人匀速滑下时是否受摩擦力，方向如何？
提示：因为人向上运动与向下运动都是匀速，摩擦力都与重力平衡．
(1)静摩擦力，方向竖直向上．
(2)静摩擦力，方向竖直向上．
1．根据物体运动状态判断静摩擦力的有无
A、B叠放在一起，用力F拉物体B，而A、B都静止，如图甲所示．假设物体B对A有摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力，不可能保持静止状态，所以A、B之间不存在静摩擦力．
甲　　　　　　　乙
2．根据力的相互作用判断静摩擦力的方向
A、B叠放在一起，用力F拉物体A，而A、B都静止，如图乙所示．假设A、B之间没有静摩擦力，则A在水平方向上只受到一个力F的作用，不可能保持静止，所以A、B之间一定有静摩擦力存在．根据二力平衡原理，B对A的静摩擦力一定向左，再根据力的相互作用原理，A对B的静摩擦力一定向右，则地面对B的静摩擦力一定向左．
3．利用假设法判断相对运动趋势的方向
(1)方法
假设研究对象与被接触物体之间光滑，若它们之间发生相对滑动，则其相对滑动方向就是原先的相对运动趋势方向；若它们之间不会发生相对滑动，则说明两个接触的物体没有相对滑动的趋势．
(2)步骤
①确定所要研究的对象．
②选与被研究对象接触的物体作为参考系．
③假设接触面光滑，分析出研究对象与参考系相对运动趋势方向．
④静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反．
【例2】　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
思路点拨：
C　[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．]
(1)采用假设法判断摩擦力是否存在的关键是假设接触面光滑，然后分析研究对象的运动情况.
(2)对于相对复杂的题目，一般先分析受力简单的物体，再根据力的相互性分析与其接触物体的受力情况.
[跟进训练]
2.(多选)如图所示，用一个水平推力向右推放在水平地面上的木箱，没有推动，则下列说法正确的是(　　)
A．木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相同
B．木箱运动趋势的方向与水平推力的方向相反
C．木箱受水平向左的静摩擦力
D．木箱受水平向右的静摩擦力
AC　[假设木箱与地面间无静摩擦力，则人推木箱时，木箱必向右运动，现没推动，但有向右运动的趋势，故木箱受向左的静摩擦力，选项A、C正确，选项B、D错误．]
摩擦力大小的计算
工农业生产中机械化的广泛应用，大大提高了工作效率，如图某新型夹砖机，能用两只巨大的“手臂”将几吨砖夹起来．某次夹砖机夹起质量为m的砖，设两只“手臂”对砖产生的最大压力为Fmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)．
探究：(1)砖两边受静摩擦力还是滑动摩擦力？
(2)为了不使砖滑下来，动摩擦因数至少是多大？
提示：(1)砖未滑动，受静摩擦力．
(2)2μFmax＝mg
得μ＝，
动摩擦因数至少为.
[答案]　(1)静摩擦力　(2)
1．滑动摩擦力大小的计算
(1)公式法：根据f＝μN计算．
(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡的条件求解．
2．静摩擦力大小的计算
(1)根据受力情况和二力平衡条件确定，静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力．
(2)随着相对运动趋势的增强，静摩擦力也逐渐增大，但不能一直增大．当静摩擦力增大至某一数值后，物体将开始沿接触面滑动，静摩擦力被滑动摩擦力取代．静摩擦力能达到的最大值称为最大静摩擦力fmax.静摩擦力的范围为0＜f≤fmax.
(3)最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力．一般情况下，为了分析问题方便，可认为二者相等，即fmax＝μN.
【例3】　重为40 N的木箱放在水平地面上，木箱与地面间的最大静摩擦力为12 N，动摩擦因数为0.25.如果分别用8 N和16 N的水平力推木箱，求木箱受到的摩擦力分别为多少？
思路点拨：
[解析]　用8 N的水平力推木箱，推力小于最大静摩擦力，木箱不动，由二力平衡条件可知，木箱受到8 N的静摩擦力．
用16 N的水平力推木箱，推力大于最大静摩擦力，木箱运动，由于竖直方向处于平衡状态，由二力平衡条件可知，N＝G，则滑动摩擦力f＝μN＝μG＝0.25×40 N＝10 N.
[答案]　8 N　10 N
在没有告诉最大静摩擦力的情况下，常常利用最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等来分析问题.
【一题多变】　在上题中，如果在木箱上再叠放一个同样的木箱，则滑动摩擦力又是多大？
[解析]　由二力平衡条件可知N′＝2G
f′＝μN′＝2μG＝20 N.
[答案]　20 N
[跟进训练]
3.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
A　[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 N＜fmax，故物体所受摩擦力为6 N，A正确，B、C、D错误．]
1．物理观念：滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数的概念．
2．科学思维：滑动摩擦力、静摩擦力方向的判断和大小的计算．
3．科学方法：假设法、平衡法、定义法．
1．关于动摩擦因数，下列说法正确的是(　　)
A．两接触面间压力越大，动摩擦因数越大
B．两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数越大
C．两物体间的动摩擦因数与滑动摩擦力成正比，与两物体间的压力成反比
D．两物体间的动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度等决定的，与滑动摩擦力和正压力无关
D　[动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度等决定的，与滑动摩擦力和正压力无关，选项A、B、C错误，选项D正确．]
2.(多选)如图所示为倾斜的传送带传送装置．关于传送带上的物体所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A．若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力
B．若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向下的静摩擦力
C．若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力
D．若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的滑动摩擦力
AC　[物体静止在静止的传送带上时，或物体随传送带一起向上匀速运动的过程中，都具有沿传送带下滑的趋势，所以物体均受到沿传送带向上的静摩擦力作用．]
3.(多选)如图所示，有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙水平地面上，物体之间不光滑．现用一水平力F作用在乙物体上，物体之间仍保持静止，下列说法正确的是(　　)
A．丙受到地面的摩擦力大小为F，方向水平向左
B．甲受到水平向右的摩擦力作用
C．乙对丙的摩擦力大小为F，方向水平向右
D．丙对乙的摩擦力大小为F，方向水平向右
AC　[以甲、乙、丙三者整体为研究对象，此整体在水平方向上受力平衡，因此丙受到地面的摩擦力大小等于F，方向水平向左，选项A正确；以甲为研究对象，甲不受摩擦力，选项B错误；乙对丙的摩擦力与丙对乙的摩擦力大小相等、方向相反，以甲、乙为整体分析可知，丙对乙的摩擦力大小等于F，方向水平向左，故选项D错误，选项C正确．]
4.木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25，夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2 cm，轻弹簧的劲度系数为400 N/m，系统置于水平地面上静止不动，如图所示．现将F＝1 N的水平拉力作用在木块B上，则下列说法正确的是(　　)
A．木块A所受摩擦力大小是12.5 N
B．木块A所受摩擦力大小是11.5 N
C．木块B所受摩擦力大小是9 N
D．木块B所受摩擦力大小是7 N
C　[未加F时，木块A在水平地面上受轻弹簧的弹力F1和静摩擦力fA作用，且F1＝fA＝kx＝8 N，木块B在水平地面上受轻弹簧弹力F2和静摩擦力fB作用，且F2＝fB＝kx＝8 N，在木块B上施加水平向右的拉力F＝1 N后，由于F2＋F＜μGB，故木块B所受摩擦力仍为静摩擦力，其大小f′B＝F2＋F＝9 N，木块A的受力情况不变，C正确，A、B、D错误．]
5.(思维拓展) 《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域．如图所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直．
试求：(1)小球受到的摩擦力大小和方向是怎样的？请做出解释．
(2)若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力会如何变化？
(3)若铁夹水平移动，小球受到的摩擦力如何变化？
[解析]　(1)小球受到的摩擦力大小始终与小球的重力大小相等，方向与相对运动趋势方向相反，竖直向上．
(2)若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍为静摩擦力，大小还是与重力大小相等．
(3)若铁夹水平移动，受到的摩擦力还是静摩擦力，f＝mg，保持不变．
[答案]　见解析