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3.3摩擦力(第1课时)滑动摩擦力和静摩擦力 学案(含答案)

1、33 摩擦力摩擦力 第第 1 1 课时课时 滑动摩擦力和静摩擦力滑动摩擦力和静摩擦力 学习目标 1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件, 会判断滑动摩擦力的方向.2.知道滑动摩擦 力的大小跟什么有关,会求滑动摩擦力.3.知道静摩擦力的概念及产生条件,会判断静摩擦力 的方向.4.知道最大静摩擦力的概念,知道静摩擦力的大小范围 一、滑动摩擦力 1定义:当一个物体跟另一个物体有相对滑动时,在它们的接触面上产生的摩擦力,叫做滑 动摩擦力 2方向:滑动摩擦力的方向总是跟物体的相对运动的方向相反,始终阻碍着物体间的相对运 动 3大小: (1)公式 fN. (2)动摩擦因数 :它的数值跟相互接触的两个物体的表面

2、材料性质、表面状况(粗糙程度、干 湿情况等)有关 二、静摩擦力 1定义:物理学中,把物体间有相对滑动趋势时产生的摩擦力,叫做静摩擦力 2方向:静摩擦力的方向跟物体间相对滑动趋势的方向相反,始终阻碍着相对滑动趋势 3大小: (1)最大静摩擦力:静摩擦力的最大值在实验中,它等于木块刚被拉动时拉力的大小 (2)静摩擦力是一个变力,它的大小可以在零与最大静摩擦力之间变化 1判断下列说法的正误 (1)有相对运动或有相对滑动趋势的物体间一定有摩擦力( ) (2)摩擦力的方向一定与接触面所受的压力方向垂直( ) (3)摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同( ) (4)一个静止的物体也可能受到滑动摩擦力(

3、) (5)物体所受的滑动摩擦力与物体的重力成正比( ) 2已知木箱重力为 200 N,木箱与水平桌面间的动摩擦因数为 0.2,当木箱在水平桌面上以 10 m/s 的速度运动时,木箱所受桌面的摩擦力大小为_ N; 当用 20 N 水平外力推木箱没 有推动时,木箱受到的摩擦力大小为_ N;当在该木箱上放一相同的木箱,两箱一起 以 15 m/s 的速度运动时,下面木箱所受桌面的摩擦力大小为_ N. 答案 40 20 80 一、滑动摩擦力 导学探究 1按如图 1 所示实验装置做一做:用力拉动木板,使之在桌面上滑动 图 1 (1)木块受到的摩擦力大小和测力计示数有什么关系? (2)在木块上添加重物,增大

4、木块对木板的压力时,摩擦力如何变化? (3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾,摩擦力如何变化? 答案 (1)相等 (2)增大 (3)增大 2如图 2,木块放在木板上,用外力把木板向右抽离,在此过程中, 图 2 (1)木块相对地面向什么方向运动?相对于木板向什么方向运动?木块受到的摩擦力方向如 何? (2)滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗? 答案 (1)木块相对地面向右运动,相对木板向左运动,木块受到的滑动摩擦力方向向右,与 木块运动方向相同 (2)滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动,但与物体的运动方向可能相同,也可能相反,即滑 动摩擦力可能是动力,也可能是阻力 知识深化 1滑动摩擦力产生的条件 (1)两

5、物体相互接触挤压(即有弹力) (2)物体间的接触面不光滑 (3)两物体间存在相对运动 2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 3滑动摩擦力的大小 (1)公式法:根据公式 fN 计算 正压力 N 是物体与接触面间的压力,不一定等于物体的重力,N 的大小根据物体的受力情 况确定 动摩擦因数 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 命题角度 1 滑动摩擦力方向及影响因素 有关滑动摩擦力,下列说法正确的是( ) A滑

6、动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 B滑动摩擦力的方向一定与两物体间相对运动的方向相反 C物体在支持面上的滑动速度越大,滑动摩擦力也一定越大 D接触面间接触面积越大,滑动摩擦力也一定越大 答案 B 解析 滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动,滑动摩擦力的方向一定与物体相对运动的方 向相反,但不一定与物体运动方向相反,故 A 错误,B 正确;滑动摩擦力的大小 fN,与 物体在支持面上的滑动速度无关,与接触面积也无关,故 C、D 错误 命题角度 2 滑动摩擦力的计算 质量为 3 kg 的木块放在水平地板上,用 F6 N 且水平向右的拉力拉该木块时,木块 恰能做匀速直线运动(g 取 10 N/kg)

7、求: (1)木块与地板间的动摩擦因数; (2)若在木块运动过程中撤去拉力,在木块继续向前滑行的过程中,木块受到的摩擦力是多 大? (3)若 F 的大小变为 10 N,则木块受到的摩擦力是多大? (4)若在木块运动过程中将 F 的方向改为水平向左,则在木块向右运动过程中,受到的摩擦力 是多大?方向如何? (5)若 F 的大小不变而将方向改为竖直向上作用于该木块上, 则此时应加一个多大的水平拉力, 才能使该木块保持匀速直线运动状态? 答案 (1)0.2 (2)6 N (3)6 N (4)6 N 方向水平向左 (5)4.8 N 解析 (1)木块做匀速直线运动,则滑动摩擦力 f1F6 N, 而 f1N

8、mg, 故 f1 mg 6 3100.2. (2)f2Nf16 N. (3)f3Nf16 N. (4)f4Nf16 N,方向水平向左 (5)此时木块和地板间的压力 NmgF24 N,f5N4.8 N则此时要保持木块匀速 运动,需满足拉力 Ff54.8 N. 二、静摩擦力 导学探究 把木块放在水平桌面上,用测力计沿水平方向向右拉木块,如图 3 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 图 3 (1)木块受到的拉力为 1 N 时,有

9、相对桌面滑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?当变为滑动摩擦力时,摩擦力为什么又变小了? 答案 (1)说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、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,但有一个最大值这个最大值比滑动摩擦力稍微 大一些 知识深化 1静摩擦力的产生条件 (1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力) (2)接触面粗糙 (3)两物体间有相对滑动的趋势 2静摩擦力的方向 (1)在接触面上与接触面相切,且与物体相对滑动趋势的方向相反 (2)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时,与使物体产生

10、相对滑动趋势的外力方向相 反 3静摩擦力的大小 (1)范围:0ffmax. (2)计算:物体做匀速直线运动或静止时,根据二力平衡条件求解 (3)静摩擦力大小与正压力无关 4说明 (1)静摩擦力的方向与相对滑动趋势的方向相反,与运动方向可能相同,也可能相反 (2)静摩擦力发生在相对静止的两物体之间,受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,运动的 物体也可能受静摩擦力作用 (多选)如图 4 所示, 一质量为 m 的木块靠在粗糙的竖直墙壁上, 且受到水平推力 F 的 作用,下列说法正确的是( ) 图 4 A若木块静止,则木块受到的静摩擦力大小等于 mg,方向竖直向上 B若木块静止,当 F 增大时,木块受

11、到的静摩擦力随之增大 C若木块静止,当 F 增大时,最大静摩擦力随之增大 D若开始时木块静止,当撤去 F,木块沿墙壁下滑时,木块不受摩擦力作用 答案 ACD 解析 若木块静止,则木块受到的静摩擦力与 mg 始终大小相等、方向相反,即静摩擦力大 小为 mg,方向竖直向上,当推力 F 增大时,物体仍然静止,故静摩擦力的大小不变,但最 大静摩擦力增大,故 A、C 正确,B 错误;当撤去 F 时,墙壁与木块间无弹力,则木块不受 摩擦力作用,故 D 正确 (多选)如图 5 所示,质量为 m 的物体在水平向左拉力 F1和水平向右拉力 F2作用下, 静止于水平地面上,已知物体与地面间的动摩擦因数为 ,则物体

12、所受摩擦力的大小 f 和方 向为( ) 图 5 AF1F2时,fF1F2,方向水平向右 BF1F2时,物体有向左滑动的趋势,故 f 方向为水平向右,根据平衡条件可知 fF1 F2,A 对;当 F1F2时,物体有向右滑动的趋势,故 f 方向为水平向左,同理可得,fF2 F1,B 错;当 F1F2时,物体受力平衡,无相对滑动趋势,故 f0,C 对;题中已知物体 处于静止状态,不会有滑动摩擦力产生,计算公式不成立,D 错 三、摩擦力的综合分析与计算 如图 6 所示,质量为 20 kg 的物体静止放在水平地面上,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

13、劲度系数为 4103 N/m 的水平 轻质弹簧相连(设弹簧的形变始终在弹性限度内,取 g10 m/s2),问: 图 6 (1)将弹簧拉长 2 cm 时,地面对物体的摩擦力 f1多大? (2)将弹簧拉长 4 cm 时,地面对物体的摩擦力 f2多大? (3)物体在水平地面上做匀速直线运动时,弹簧形变量 x 多大? 答案 (1)80 N (2)100 N (3)0.025 m 解析 (1)根据胡克定律 Fkx,当 x12 cm0.02 m 时, F141030.02 N80 N 由于拉力 F1小于最大静摩擦力,物体处于静止状态且具有向右滑动的趋势,此时地面对物体 的静摩擦力大小为 f180 N. (

14、2)当 x24 cm0.04 m 时, F241030.04 N160 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 f2Nmg0.52010 N100 N. (3)当物体在水平地面上匀速运动时,物体受滑动摩擦力和弹簧拉力,弹簧拉力 Ff3mg 100 N,由 Fkx,解得 x 100 4103 m0.025 m. 计算摩擦力的思路 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求解,滑动摩擦力可用公式 fN 求解 1(对滑动摩擦力的理解)关于滑动摩擦力,下列说法正确的是( ) A滑动摩擦力与物体的重力成正比 B受

15、滑动摩擦力作用的物体一定是运动的 C滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反 D滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动 答案 D 解析 滑动摩擦力与物体间的正压力成正比,选项 A 错误;受滑动摩擦力作用的物体可能是 运动的,也可能是静止的,如木块在桌面上滑动,静止的桌面也受到滑动摩擦力,选项 B 错 误;滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反,阻碍物体间的相对运动,但是与物 体运动的方向可能相反也可能相同,选项 C 错误,D 正确 2(对静摩擦力的理解)(多选)如图 7 所示,人握住旗杆匀速上爬,则下列说法正确的是( ) 图 7 A人受到的摩擦力的方向是向下的 B人受到的摩擦力的方向是向上的

16、C手握旗杆的力越大,人受到的摩擦力越大 D若人匀速滑下,则人受到的摩擦力为滑动摩擦力,大小等于匀速上爬的摩擦力 答案 BD 解析 人匀速上爬,处于平衡状态,则人所受摩擦力与重力大小相等、方向相反手握旗杆 的力增加,但人所受摩擦力不变,始终等于重力大小,选项 B 正确,选项 A、C 错误;当匀 速滑下时,人受到的摩擦力为滑动摩擦力,且仍与重力等大、反向,选项 D 正确 3 (摩擦力的计算)如图 8 所示, 在 0.1 的水平面上有一个向右运动的物体, 质量为 20 kg, 在运动过程中, 还受到一个水平向左的大小为 10 N 的拉力的作用, 则物体受到的滑动摩擦力 为(g 取 10 N/kg)(

17、 ) 图 8 A10 N,向右 B10 N,向左 C20 N,向右 D20 N,向左 答案 D 解析 fNmg20 N,方向与相对运动方向相反,即向左,故选项 D 正确 4(摩擦力的计算)某物体所受重力为 200 N,放置在水平地面上,地面对它的最大静摩擦力 为 80 N,它与地面间的动摩擦因数为 0.39. (1)用 60 N 的水平推力推物体,求此时地面对物体的摩擦力的大小; (2)物体运动起来后,若使其保持匀速直线运动,求在水平方向施加的推力的大小; (3)物体在水平推力作用下做匀速直线运动的过程中,若撤去水平推力,直到停止前,求地面 对物体的摩擦力的大小 答案 (1)60 N (2)78 N (3)78 N 解析 (1)地面对物体的最大静摩擦力为 fmax80 N用 F160 N 的水平推力推物体,推力小 于地面对物体的最大静摩擦力,物体仍保持静止,根据平衡条件得地面对物体的摩擦力大小 是 f1F160 N. (2)物体运动起来后,若使其保持匀速直线运动,则水平推力与滑动摩擦力大小相等,则有水 平推力 F2f2NG78 N. (3)若撤去水平推力,直到停止前,地面对物体的摩擦力仍为滑动摩擦力,大小为 78 N.