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3.3第2课时摩擦力的综合分析 学案(含答案)

1、第第 2 2 课时课时 摩擦力的综合分析摩擦力的综合分析 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.熟练掌握摩擦力的有无及方向的判 断。 2.会处理较复杂的摩擦力的计算。 3.会解决摩擦力的突变问题。 1.物理概念 通过对静摩擦力、滑动摩擦力的理解、分 析和计算,深化相互作用的物理观念。 2.关键能力 理解、分析推理能力。 探究 1 对摩擦力的理解及方向的判断 1对摩擦力的理解 (1)静摩擦力: 受静摩擦力的物体不一定静止, 只是两物体接触面保持相对静止。 例如:在倾斜传送带上匀速传送的物体,虽然运动,但受静摩擦力。(如图所示) (2)滑动摩擦力:受滑动摩擦力的物体不一定运动,而是两物体发生相对滑

2、动。 例如:把 A 物体抽出来,B 物体受到了滑动摩擦力却没有运动。(如图所示) 2摩擦力的方向 (1)明晰“三个方向” 名称 释义 运动方向 一般指物体相对地面(以地面为参考系)的运动方向 相对运动方向 指以其中一个物体为参考系,另一个物体相对参考系的运 动方向 相对运动趋势 方向 由两物体间静摩擦力的存在导致,能发生却没有发生的相 对运动的方向 (2)静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反。可利用假设法判断,即假 设接触面光滑,物体相对与它接触的物体运动的方向,就是相对运动趋势方向。 例如:静止在斜面上的物体受到的静摩擦力的方向沿斜面向上。(如图所示) (3)静摩擦力的方向有可能与物体

3、运动方向成任意角度。例如:如图所示,用手 握住一根竖直棒,若使手与棒一起沿不同方向匀速运动,棒所受的静摩擦力竖直 向上,而手与棒的运动方向可以是任意的,所以 f 的方向与匀速运动中速度的方 向可成任意夹角。 (4)滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反,与物体运动方向无关。例如: 如图所示,快速把 B 向右拉离的过程中,A 相对 B 向左运动,A 受到 B 的摩擦力 向右,A 却相对地面向右运动,摩擦力的方向与物体运动方向相同。 (5)摩擦力的作用效果是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势,但摩擦力却不一 定是阻力,有时会是动力。 【例 1】 如图所示,一辆汽车在平直公路上向右行驶,车上有一木箱,

4、试判断 下列情况中木箱所受的摩擦力种类及摩擦力的方向,是阻力还是动力? (1)汽车由静止向右加速运动时(木箱和车无相对滑动); (2)汽车刹车时(木箱和车无相对滑动); (3)汽车匀速运动时(木箱和车无相对滑动); (4)汽车刹车,木箱在车上滑动时; (5)汽车突然加速,木箱在车上滑动时。 答案 (1)静摩擦力 向右 动力 (2)静摩擦力 向左 阻力 (3)无摩擦力 (4)滑动摩擦力 向左 阻力 (5)滑动摩擦力 向右 动力 解析 (1)木箱随汽车一起由静止加速运动,假设二者的接触面是光滑的,则汽 车加速时,木箱将相对于汽车向左滑动,说明木箱有相对汽车向左滑动的趋势, 所以木箱受到向右的静摩擦

5、力,此静摩擦力为动力。 (2)汽车刹车时,速度减小,木箱有相对汽车向右滑动的趋势,所以木箱受到向 左的静摩擦力,此静摩擦力为阻力。 (3)木箱随汽车一起匀速运动时,二者无相对运动或相对运动趋势,因而木箱不 受摩擦力。 (4)汽车刹车,木箱相对于汽车向右滑动,可知木箱受到向左的滑动摩擦力,此 滑动摩擦力为阻力。 (5)汽车突然加速, 木箱相对于汽车向左滑动, 可知木箱受到向右的滑动摩擦力, 此滑动摩擦力为动力。 探究 2 摩擦力大小的计算 1计算摩擦力时,应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。 2滑动摩擦力用公式 fN 求解,静摩擦力的大小只能根据物体的运动状态和 物体的受力情况来求解。如果物体处于

6、静止状态,或做匀速直线运动时,可利用 平衡力的规律求解静摩擦力。 3在公式 fN 中,N 为两接触面间的正压力,与物体的重力没有必然联系, 不一定等于物体的重力。 4滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关,与接触面积的大小也无关。 5计算静摩擦力时,还要注意理解静摩擦力与最大静摩擦力的区别。正压力相 同时,最大静摩擦力比滑动摩擦力略大,如不加说明,可以认为最大静摩擦力近 似等于滑动摩擦力,此时最大静摩擦力也可由公式 fmaxN 求得。 【例 2】 如图所示,物体 A 放在水平桌面上,通过定滑轮悬挂一个重为 10 N 的 物体 B,且已知物体 A 与桌面间的最大静摩擦力为 4 N。要使 A 静止,

7、需加一水 平向左的力 F1,则力 F1的取值可以为( ) A3 N B7 N C15 N D17 N 答案 B 解析 对 A 受力分析, 当 A 受到的最大摩擦力向左时拉力 F1最小, 此时 F1fmax mBg,解得 F16 N;当受到的最大摩擦力向右时,拉力 F1最大,此时 F1fmax mBg, 解得 F114 N, 所以拉力 F1取值范围应该是 6 NF114 N, 故 A、 C、 D 错误, B 正确。 【例 3】 如图甲所示,将完全相同、质量均为 4 kg 的木块 A 和 B 叠放在水平桌 面上,在 16 N 的水平拉力 F1作用下,A、B 一起做匀速直线运动。(g 取 10 N/

8、kg) (1)此时木块 B 上表面受到摩擦力 f1是多少?B 的下表面所受的摩擦力 f2又是多 少; (2)桌面与木块之间的动摩擦因数是多少; (3)若将 A、 B 紧靠着放在水平桌面上(如图乙所示), 用水平推力 F2推 A 使它们一 起匀速运动,这时,A 对 B 的弹力有多大。 答案 (1)0 16 N (2)0.2 (3)8 N 解析 (1)A 做匀速运动,水平方向不受力,所以 B 上表面 f10 下表面 f2F116 N。 (2)由 N(mAmB)g,f2N, 解得 0.2。 (3)NBmBg,B 受的摩擦力 fB NB8 N,FBfB8 N。 探究 3 摩擦力的突变问题 摩擦力突变的

9、类型 1静摩擦力大小或方向发生突变。 2静摩擦力突然变为滑动摩擦力。 3滑动摩擦力突然变为静摩擦力。 可概括为“静静”突变, “静动”突变, “动静”突变,其中相对滑动与相 对静止的临界条件为静摩擦力恰好达到最大值。 【例 4】 (2021 河南新乡高一检测)如图甲所示,用水平力 F 将质量为 0.4 kg 的 物块压在竖直墙壁上静止不动,物块与墙面间的动摩擦因数为 0.4。若力 F 随时 间 t 变化的规律如图乙所示, 取 g10 m/s2, 认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力, 则下列图像中,能正确反映物块所受墙的摩擦力大小 f 随时间 t 变化规律的是 ( ) 答案 B 解析 开始时物体受到

10、的最大摩擦力 fmaxF0.420 N8 N,重力 Gmg 0.4 kg10 N/kg4 N,故开始时,物体处于静止状态,受到静摩擦力作用。当 最大静摩擦力等于重力时,GmgF,解得压力 F10 N,时间为 2 s。分析 可知,02 s 时间内,物体受到的静摩擦力大小为 4 N,24 s 的时间内,物体 受到的滑动摩擦力逐渐减小直至为零。选项 B 正确。 【例 5】 如图所示,物体 A 的质量为 1 kg,置于水平地面上,物体 A 与地面间 的动摩擦因数0.2, 从t0 开始, 物体A以一定的初速度 v0向右滑行的同时, 受到一个水平向左、大小恒为 F01 N 的作用力,则反映物体 A 受到的

11、摩擦力 f 随时间变化的图像正确的是(取向右为正方向,g 取 10 N/kg)( ) 答案 C 解析 物体 A 向右滑动时, 受到地面向左的滑动摩擦力, 由 f1mg, 得 f12 N; 物体 A 静止后,因受到向左的拉力 F01 Nf1,故物体 A 不再运动,由二力平衡 可知,物体 A 受到向右的静摩擦力,f2F01 N,故 C 正确。 1(对摩擦力的理解)(多选)下列说法中正确的是( ) A有弹力不一定有摩擦力,有摩擦力必定有弹力 B摩擦力的方向一定沿接触面的切线方向 C摩擦力的大小一定与物体所受的重力大小成正比 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 答案 AB 解析 产

12、生摩擦力的条件是存在弹力、接触面粗糙,并且有相对运动或相对运动 趋势,有摩擦力一定有弹力,但是有弹力不一定有摩擦力,A 正确;摩擦力的方 向一定沿接触面的切线方向,B 正确;摩擦力与重力无必然联系,C 错误;摩擦 力方向总是与相对运动方向或者相对运动趋势方向相反,与物体运动方向无关, D 错误。 2 (摩擦力方向的判断)(多选)某人骑一普通自行车, 在水平路面上用脚蹬车前进, 两轮皆不打滑,下列说法正确的是( ) A前轮受静摩擦力,方向向后 B前轮受静摩擦力,方向向前 C后轮受静摩擦力,方向向后 D后轮受静摩擦力,方向向前 答案 AD 解析 因为自行车驱动轮在后,前轮是从动轮,正常前进时,后轮

13、相对地面有向 后运动的趋势,则地面给后轮一个水平向前的摩擦力,这个摩擦力驱动自行车向 前运动,当前轮向前运动时,地面的摩擦力将阻碍它向前运动,故地面对前轮的 摩擦力方向是水平向后。 3(摩擦力的突变)如图所示,一滑块静止在粗糙的水平木板上,现将木板的一 端缓慢抬高,直至木板与水平面成 90 角。在 0 90 过程中,关于滑块所受的 摩擦力,下列说法正确的是( ) A滑块先受静摩擦力,然后受滑动摩擦力 B滑块先不受摩擦力,然后受滑动摩擦力 C滑块始终受静摩擦力 D滑块始终受到滑动摩擦力 答案 A 解析 木板与水平方向夹角较小时,滑块相对木板静止,滑块受到静摩擦力,木 板与水平方向夹角达到某一角度

14、时,滑块相对木板下滑,滑块受到滑动摩擦力, 故 A 正确。 4 (摩擦力的分析与计算)(多选)(2021 山东淄博淄川区般阳中学高一期中)如图所 示,叠放在水平地面上的 A、B 两物体所受重力大小都等于 20 N,各接触面间的 动摩擦因数都等于 0.2,大小 F3 N 的两个水平恒力分别作用在 A 和 B 上,A 和 B 均静止,则下列说法正确的是( ) AA 对 B 的摩擦力方向水平向左 BB 对 A 的支持力竖直向上 CA 受到的摩擦力大小为 3 N DB 受到地面的摩擦力大小为 8 N 答案 BC 解析 A 受到水平向右的拉力,B 受到水平向左的拉力,B 相对 A 有向左的运动 趋势,则 A 对 B 的摩擦力方向水平向右,A 错误;A 对 B 的压力竖直向下,根 据作用和反作用,则 B 对 A 的支持力竖直向上,B 正确;对物体 A,因为 F 作 用,A 静止,则 A 受到的摩擦力大小等于 F 的大小,即为 3 N,C 正确;对物体 A、B 整体,同时有 3 N 的两个水平力分别作用在 A 和 B 上,A 和 B 均静止,所 以地面对 B 的摩擦力为零,D 错误。