高中物理人教版 (新课标)必修1第三章相互作用3 摩擦力学案及答案

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一、摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力．
2．分类：静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力．
二、静摩擦力
1．定义：两个只有相对运动趋势，而没有相对运动的物体之间产生的摩擦力．
2．方向：沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反．
3．大小：范围0三、滑动摩擦力
1．定义：当一个物体在另一个物体表面滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力．
2．方向：沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反．
3．大小：F＝μFN(μ为动摩擦因数)．
四、滚动摩擦力
1．定义：一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦．
2．大小：当压力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦小得多．
3．应用：滚动轴承．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)静摩擦力总是发生在相对静止且有相对运动趋势的物体之间．(√)
(2)运动的物体不可能受静摩擦力的作用．(×)
(3)静摩擦力一定是阻力．(×)
(4)只要两个物体之间有弹力产生，又有相对运动，两个物体之间就一定存在滑动摩擦力．(×)
(5)滑动摩擦力一定存在于两个运动的物体之间．(×)
(6)静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力．(√)
2．下列关于物体受静摩擦力作用的叙述，正确的是( )
A．静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
B．静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同
C．静摩擦力的方向既可能与物体的运动方向相反，也可能与物体的运动方向相同
D．静止物体所受摩擦力一定为零
C [静摩擦力的方向总与物体的相对运动趋势方向相反，与物体的运动方向没有必然的联系，静止的物体也可能有相对运动趋势．]
3．关于滑动摩擦力，以下说法中正确的是( )
A．滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反
B．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
C．只有运动的物体才受到滑动摩擦力
D．滑动摩擦力总跟物体的重力成正比
B [滑动摩擦力总跟物体相对运动的方向相反，阻碍物体间的相对运动，但并不一定跟物体的运动方向相反，故选项A错误，B正确；滑动摩擦力产生在相对运动的物体间，静止的物体也可以受滑动摩擦力，故选项C错误；滑动摩擦力的大小一定跟接触面间的压力成正比，但压力不一定等于重力，所以，不能说滑动摩擦力跟物体的重力成正比，选项D错误．]
1．静摩擦力产生的条件
(1)接触面是粗糙的．
(2)两物体相对静止但存在相对运动趋势．
(3)两物体在接触面上有正压力(弹力)．
2．四种方法判断静摩擦力的有无
(1)条件判断法：接触面之间有压力、粗糙且有相对运动趋势．
(2)假设法：假设两物体间无静摩擦力，看物体是否相对滑动，判断思路如下：
(3)力的作用效果判断法：如果相互接触的物体间存在摩擦力，则必有相应的作用效果：平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态，可据此确定有无静摩擦力．
(4)相互作用判断法：利用力的相互作用性，若甲对乙有静摩擦力，则乙对甲也有静摩擦力，据此可以判断物体是否受静摩擦力．
3．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．
4．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＝μFN.(μ为静摩擦因数，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)
【例1】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．]
上例中，若将二者一起向左做匀速直线运动改为二者一直静止不动，其他条件不变，分析A、B受到摩擦力的大小和方向．
[提示] A受到B向右的静摩擦力；B受到A向左的静摩擦力和地面向右的静摩擦力．
静摩擦力与运动的关系辨析
(1)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，关键决定于相对另一物体是否有相对运动趋势．
(2)静摩擦力阻碍的是物体间的相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动，即静摩擦力不一定是阻力．方向与物体运动方向可能相同，也可能相反，还可能成一定夹角．
(3)皮带不打滑说明皮带与轮接触处，皮带相对于轮静止，静摩擦力对主动轮是阻力，对从动轮是动力．
1．如图所示，静止在水平桌面上的木块在水平方向受到推力F1、F2和摩擦力Ff的作用．已知F1＝10 N，F2＝2 N，则木块受到的摩擦力大小为( )
A．2 N B．10 N
C．8 N D．12 N
C [Ff方向水平向左，由平衡条件可得：F1－F2－Ff＝0，可解得Ff＝F1－F2＝8 N，故C选项正确．]
1．“相对运动”的意义
滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，“相对运动”可能是因为两个物体一个静止，另一个在运动；可能是因为两个物体一个运动得快，另一个运动得慢；还可能是因为两个物体运动方向相反．所以发生相对运动的物体不一定处于运动状态，可能是因为另一个物体在运动造成的．
2．滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触挤压．
(2)物体间的接触面不光滑．
(3)两物体间存在相对运动．
3．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．
4．滑动摩擦力的大小
(1)公式法：根据公式F＝μFN计算．
①正压力FN是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，FN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．
【例2】如图所示，质量为20 kg的物体放在水平地面上，已知物体与水平地面间的最大静摩擦力为120 N，动摩擦因数是0.5，物体的一端与一根劲度系数为4×103 N/m的轻质弹簧相连(设弹簧的形变均在弹性限度内，取g＝10 m/s2)，问：
(1)将弹簧拉长2 cm时，物体受到地面的摩擦力Ff1多大？
(2)将弹簧拉长4 cm时，物体受到地面的摩擦力Ff2多大？
(3)物体在水平面上匀速运动时，弹簧形变量Δx多大？
思路点拨：①根据拉力F和最大静摩擦力的大小关系判断物体受静摩擦力还是滑动摩擦力．
②静摩擦力可用二力平衡关系求解，滑动摩擦力可用公式F＝μFN求解．
[解析] (1)根据胡克定律F＝kx，当x＝2 cm＝0.02 m时，
F1＝4×103×0.02 N＝80 N
由于拉力F1小于最大静摩擦力，物体具有向右的运动趋势，此时物体受到地面的静摩擦力大小为Ff1＝80 N.
(2)当x＝4 cm＝0.04 m时，
F2＝4×103×0.04 N＝160 N，大于最大静摩擦力，物体已经运动，这时摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff2＝μFN＝μmg＝0.5×20×10 N2＝100 N.
(3)当物体在水平面上匀速运动时，物体受滑动摩擦力，摩擦力和拉力为一对平衡力，即弹簧拉力F＝μmg＝100 N，由F＝kΔx
解得Δx＝eq \f(100,4×103) m＝0.025 m.
[答案] (1)80 N (2)100 N (3)0.025 m
求解滑动摩擦力大小的思路
(1)判断滑动摩擦力的有无：根据接触面的性质和物体间是否产生相对运动，确定物体之间是否存在滑动摩擦力．
(2)求解方法的选取：
①如果物体做匀速直线运动，可根据二力平衡法和公式法求解滑动摩擦力大小．
②如果物体做非匀速直线运动，可根据公式F＝μFN求解滑动摩擦力的大小．
2．一物体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，设地面与物体各接触面间的动摩擦因数相等，则木块受到的摩擦力的大小关系是( )
A．Ff甲＞Ff乙＞Ff丙B．Ff乙＞Ff甲＞Ff丙
C．Ff丙＞Ff乙＞Ff甲 D．Ff甲＝Ff乙＝Ff丙
D [物体在三种情况下所受摩擦力均为滑动摩擦力，由F＝μFN＝μmg知，物体在三种情况下所受摩擦力大小相等，选项D正确．]
1．下列关于静摩擦力的说法中，正确的是( )
A．两个相对静止的物体间一定有静摩擦力
B．受静摩擦力作用的物体不一定是静止的
C．静摩擦力对物体的运动总是起阻碍作用
D．静摩擦力一定比滑动摩擦力大
B [两个相对静止的物体间要满足静摩擦力产生的全部条件才有摩擦力，选项A错误；受静摩擦力作用的物体相对于静摩擦力的施力物体静止，但不一定是静止的，选项B正确；无论静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以与运动的方向相同，选项C错误；静摩擦力大小在零和最大静摩擦力之间，只有最大静摩擦力比滑动摩擦力大，选项D错误．]
2．(多选)水平力F作用在物体B上，A、B一起做匀速直线运动，如图所示，则( )
A．A、B之间无摩擦力
B．A受到的摩擦力水平向右
C．B与地面之间无摩擦力
D．地面对B的摩擦力水平向右
AD [假设B对A有摩擦力，则A受力不平衡，不可能做匀速直线运动，故B对A无摩擦力，A正确，B错误；由于A、B一起匀速运动，故把A、B作为一个整体，B相对于地面向左滑动，故地面对B有摩擦力，且方向水平向右，C错误，D正确．]
3．如图所示，一平板小车在外力作用下由静止向右滑行一段距离x，同时车上的物体A相对车向左滑行L，此过程中物体A受到的摩擦力方向如何，该摩擦力是动力还是阻力( )
A．水平向左，阻力 B．水平向左，动力
C．水平向右，阻力 D．水平向右，动力
D [由于物体相对小车向左滑动，那么受到小车向右的滑动摩擦力的作用，但相对地面是向右运动的，即滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同，所以是动力，故D对．]
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
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．]
静摩擦力
滑动摩擦力
课堂小结
知识脉络
1.两个相互接触并互相挤压的物体发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力叫作摩擦力．
2．摩擦力包括静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力．
3．摩擦力产生的条件：(1)接触面粗糙；(2)两个物体之间有弹力；(3)有相对运动或相对运动趋势．
这三个条件缺一不可，必须同时满足才能产生摩擦力．
4．滑动摩擦力的大小F＝μFN.
5．静摩擦力的大小范围：0