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3.3第1课时摩擦力的理解 学案(含答案)

1、第第 3 3 节节 摩擦力摩擦力 第第 1 1 课时课时 摩擦力的理解摩擦力的理解 学习目标要求 核心素养和关键能力 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。 1.科学思维 通过自己动手实验,培 养学生分析问题、解决 问题的思维能力。 2.关键能力 物理建模能力。 一、滑动摩擦力 1定义:当两个物体彼此接触和挤压,并发生相对滑动时,在接触面上就会产 生阻碍相对滑动的力,这种力称为滑动摩擦力。 2方向:总

2、是与接触面相切,并与物体相对运动的方向相反。 3大小 (1)公式:fN,其中 N 表示接触面上压力的大小, 为动摩擦因数。 (2)动摩擦因数 跟相互接触的两个物体的材料及接触面的情况(如粗糙、干湿程 度)有关,没有单位。 【判一判】 (1)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。() (2)滑动摩擦力一定存在于两个运动的物体之间。() (3)静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力。() 二、静摩擦力 1定义:当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生相对运动,但具有相对运 动的趋势时, 接触面上会产生一种阻碍相对运动趋势的力, 这种力称为静摩擦力。 2 方向:

3、 静摩擦力的方向总是与接触面相切, 并且与相对运动趋势的方向相反。 特别提醒: “相对运动趋势”是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动 的可能,但还未发生相对运动。 3大小 随外力的变化而变化,当水平拉力增大到某一值时,物体就要滑动,此时静摩擦 力达到最大值, 这个最大值称为最大静摩擦力。 静摩擦力的取值范围为 0ffmax。 【判一判】 (1)静摩擦力就是静止物体受到的摩擦力。() (2)静摩擦力方向一定与物体的相对运动趋势方向相反。() (3)静摩擦力的大小与正压力成正比。 () 三、摩擦力的调控 1改变物体间的压力,可以调控物体之间的摩擦力。 2改变相互接触的材料,可以调控物体之间

4、的摩擦力。 探究 1 滑动摩擦力产生的条件、大小和方向 情境导入 按如图所示实验装置做一做:用力拉动木板,使之在桌面上滑动。 (1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系? (2)在木块上添加重物,增大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 归纳拓展 1滑动摩擦力产生的条件 (1)两物体相互接触;(2)两物体间有弹力;(3)接触面粗糙;(4)两物体间有相对运 动。 注意:有弹力,不一定有摩擦力;有摩擦力,一定有弹力 2滑动摩擦力的方向及判断方法 (1)方向:沿接触面与物体相对运动的方向相反。 (

5、2)判断方法 选研究对象(受滑动摩擦力作用的物体)。 选跟研究对象接触的物体为参考系。 找出研究对象相对参考系的运动方向。 滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。 3作用效果:总是阻碍物体间的相对运动,而不是阻碍物体的运动,所以滑动 摩擦力的方向可能与物体运动方向相同,也可能相反。 注意:滑动摩擦力可以是动力,也可以是阻力。 4滑动摩擦力大小的计算方法 (1)公式法:由 fN 计算,其中 N 是正压力,其大小不一定等于物体的重力。 (2)二力平衡法:物体做匀速直线运动或静止时(有相对运动),根据二力平衡条件 求解。 【例 1】 (多选)如图所示,A 为长木板,上表面粗糙,在水平面上以速度

6、v1向右 匀速运动,物块 B 在木板 A 的上面以速度 v2向右匀速运动,下列判断正确的是 ( ) A若 v1v2,A、B 之间无滑动摩擦力 B若 v1v2,B 受到 A 所施加的向右的滑动摩擦力 C若 v1v2,B 受到 A 所施加的向右的滑动摩擦力 D若 v1v2,A 受到 B 所施加的向右的滑动摩擦力 答案 AB 解析 因为 A、 B 两物体均做速直线运动, 若 v1v2, A、 B 之间无相对运动, A、 B 之间无滑动摩擦力,A 正确;若 v1v2,B 相对 A 往左运动,所以 A 对 B 的滑 动摩擦力向右,B 对 A 的摩擦力向左,B 正确,D 错误;若 v1v2,B 相对 A

7、向 右运动,A 对 B 的滑动摩擦力向左,C 错误。 【例 2】 (2021 杭州余杭第二高级中学高一开学考试)有一种圆珠笔,内部有一 根小弹簧。如图所示,当笔杆竖直放置时,在圆珠笔尾部的按钮上放一个 200 g 的砝码,砝码静止时,弹簧压缩量为 2 mm。现用这支圆珠笔水平推一本放在桌 面上质量为 800 g 的书,当按钮压缩量为 2.4 mm(未超过弹簧的弹性限度)时,这 本书恰好匀速运动。(g 取 10 m/s2)试求: (1)笔内小弹簧的劲度系数; (2)书与桌面间的动摩擦因数大小。 答案 (1)1 000 N/m (2)0.3 解析 (1)由于砝码处于静止,根据平衡条件有 kxmg,

8、解得 k1 000 N/m。 (2)要使书恰好能匀速运动,根据平衡条件有 kxmg,解得0.3。 探究 2 静摩擦力产生的条件、大小和方向 情境导入 如图所示,把木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块,在弹簧 测力计的指针下轻塞一个小纸团(可以作为指针到达最大位置的标记),它可以随 指针移动。拉力 F 逐渐增大,木块保持静止,直到拉力达到某一数值时木块开 始移动,观察弹簧测力计示数及其变化情况。 (1)随着外力的增大,静摩擦力大小变化吗?若变化,如何变化? (2)木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点? (3)若在木块上增加砝码,木块开始移动时弹簧测力计的示数如何变化?由此得 出什

9、么结论? 答案 (1)由二力平衡知,随着外力的增大,静摩擦力大小发生变化,相应增大。 (2)木块开始移动时弹簧测力计的示数达到最大,即最大静摩擦力。静摩擦力的 数值存在一个范围,即 0ffmax。 (3)弹簧测力计的示数增大。最大静摩擦力随正压力的增大而增大。 归纳拓展 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)两物体间有相对运动趋势。 2静摩擦力的有无判断两法 (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 3静摩擦力的方向 (1)方向:与相对运动趋势方向相反,与物体运动方向无直接关系,既可与运动 方向相同,也可与

10、运动方向相反或成某一夹角。 注意:静摩擦力可能为动力,也可能为阻力。 (2)判定静摩擦力方向的方法 假设法:假设接触面是光滑的,判断物体将向哪个方向滑动。从而确定相对 运动趋势的方向,进而判断出静摩擦力的方向。 状态法: 当物体受力处于平衡状态时, 根据二力平衡, 判断出静摩擦力的方向。 4静摩擦力的大小 (1)范围:0ffmax。 注意:一般情况下,最大静摩擦力 fmax略大于滑动摩擦力,为分析问题方便,可 认为二者相等。 (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,最大静摩擦力与正压力成正比。 【例 3】 如图所示,小张把毛刷置于平整的水

11、平桌面上,并在毛刷把手上加了 斜向左下方的作用力,毛刷相对桌面静止,下列说法正确的是( ) A毛刷对桌面有沿桌面向右的摩擦力 B毛刷对桌面有斜向左下方的弹力 C桌面对毛刷有竖直向上的弹力 D桌面对毛刷有沿桌面向左的摩擦力 答案 C 解析 由图可知,毛刷有向左的运动趋势,所以桌面对毛刷有向右的摩擦力,根 据力的相互性可知,毛刷对桌面有沿桌面向左的摩擦力,故 A、D 错误;毛刷与 桌面属于面面接触,弹力垂直于接触面,则毛刷对桌面的弹力竖直向下,故 B 错误; 桌面对毛刷的弹力垂直接触面指向竖直方向,所以桌面对毛刷有竖直向上 的弹力,故 C 正确。 【例 4】 (2020 江苏如皋市高一上教学质量调

12、研)如图所示,质量 m30 kg 的沙 发,放置在水平地面上,小红用平行于地面的水平力推沙发。当推力 F180 N 时,沙发静止;当推力 F2120 N 时,沙发做匀速运动,g10 m/s2。求: (1)沙发在 80 N 的推力作用下,受到的摩擦力的大小 f1; (2)沙发与地面间的动摩擦因数 ; (3)沙发在 140 N 推力作用下,受到的摩擦力的大小 f2。 答案 (1)80 N (2)0.4 (3)120 N 解析 (1)沙发在 80 N 的推力作用下处于静止,水平方向所受的静摩擦力 f1与推 力 F1平衡,有 f1F1,解得 f180 N。 (2)当推力 F2120 N 时,沙发做匀速

13、运动,水平方向所受的滑动摩擦力 f 与推力 F2平衡,有 fF2,又 fmg,解得 0.4。 (3)沙发在 140 N 推力作用下受到的是滑动摩擦力,则 f2f,解得 f2120 N。 【针对训练】 (多选)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,则( ) A若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力变大 B小球受到的摩擦力与重力大小相等 C机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下 D若铁夹水平移动,小球受到的摩擦力变大 答案

14、BC 解析 对小球受力分析可知,小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用,根 据平衡条件可知,小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等,方向相反; 根据力的相互性可知,机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下,故 B、C 正确;增 大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力仍等于重力,大小不变,故 A 错误; 若水平移动铁夹,由于小球在竖直方向受力始终平衡,故摩擦力不变,故 D 错 误。 1(对静摩擦力的理解)下列有关静摩擦力的说法中正确的是( ) A只有静止的物体才受静摩擦力 B静摩擦力与压力成正比 C静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直 D静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反 答案 C 解析 解此

15、题的关键是明确静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。 受静摩擦 力作用的物体不一定静止,故 A 错误;静摩擦力的大小与压力大小不成正比(除 最大静摩擦力外),它只与物体的运动状态及所受其他力的情况有关,B 错误; 静摩擦力的方向可与物体的运动方向成任意角度,C 正确;静摩擦力的方向与物 体的运动方向无关,但一定与物体的相对运动趋势方向相反,D 错误。 2(摩擦力方向的判断)如图所示,若小猫沿树匀速攀上和匀速下滑,它所受的 摩擦力分别是 f1和 f2,则( ) Af1向下,f2向上,且 f1f2 Bf1向下,f2向上,且 f1f2 Cf1向上,f2向上,且 f1f2 Df1向上,f2向下,且 f

16、1f2 答案 C 解析 由题意可知小猫向上、向下均做匀速运动,且小猫竖直方向上受重力、摩 擦力作用,故二力平衡,由重力的大小和方向可推断出摩擦力总是向上的,且大 小等于小猫的重力,选项 C 正确。 3(摩擦力的计算)如图甲所示,小孩用 80 N 的水平力推木箱不动,木箱此时受 到水平地面的摩擦力大小为 F1;如图乙所示,小孩用 100 N 的水平力恰能推动 木箱,此时木箱与水平地面间的摩擦力大小为 F2;如图丙所示,小孩把木箱推 动了,此时木箱与水平地面间摩擦力大小为 F3,若木箱对水平地面的压力大小 为 200 N, 木箱与水平地面间动摩擦因数为 0.45, 则 F1、 F2、 F3的大小分

17、别为( ) A80 N、80 N、90 N B80 N、80 N、45 N C80 N、100 N、90 N D80 N、100 N、45 N 答案 C 解析 小孩用 80 N 的水平力推木箱,木箱不动,由二力平衡得 F180 N;用至 少 100 N 的水平力推木箱,木箱才能被推动,则有最大静摩擦力 F2100 N;由 滑动摩擦力的表达式得 F3N90 N,故选项 C 正确。 4 (摩擦力的分析)(多选)(2020 北京航空航天大学附中高一上学期期末)用如图所 示装置研究摩擦力的变化规律,把木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平 方向拉木块,使拉力由零缓慢增大。下列说法正确的是( ) A木块开始运动前,摩擦力逐渐增大 B当拉力达到某一数值时木块开始移动,此时拉力会突然变小 C该实验装置可以记录最大静摩擦力的大小 D木块开始运动前,拉力小于摩擦力 答案 ABC 解析 木块开始运动前, 拉力与摩擦力平衡, 拉力逐渐增大, 则摩擦力逐渐增大, A 正确,D 错误;当摩擦力增大到最大静摩擦力,木块开始移动,静摩擦力变成 滑动摩擦力, 滑动摩擦力小于最大静摩擦力, 所以拉力会突然变小, B、 C 正确。