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。