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高中物理必修一素養提升學案
第三章 相互作用
第2節 摩擦力
【課標解讀】
1. 理解摩擦力的產生條件，會區分靜摩擦力和滑動摩擦力。
2．會判斷靜摩擦力的方向，分析靜摩擦力的大小，了解最大靜摩擦力。
3．會判斷滑動摩擦力的方向，并根據公式計算其大小。
4．會利用二力平衡獲得靜摩擦力大小，知道最大靜摩擦力的概念及影響因素。
5. 知道生產和生活中增大或減小摩擦力的實例，有將摩擦力知識應用于生產和生活的意識。
【核心素養】
物理觀念：理解靜摩擦力和滑動摩擦力，形成運動和力的觀念。
科學思維：通過具體實例的分析、練習，歷經抽象概括，知道靜摩擦力和滑動摩擦力的產生條件。
科學探究：通過探究的過程，讓學生體會基于事實證據和科學推理，掌握分析摩擦力的方向的科學研究方法。
科學態度與責任：體會靜摩擦力的大小范圍，滲透辯證唯物主義世界觀。
【思維脈絡】
【新課講解】
知識點 1　滑動摩擦力
1．定義：兩個相互接觸的物體，當它們__相對滑動__時，在接觸面上會產生一種__阻礙相對運動__的力，這種力叫作滑動摩擦力。
2．方向：總是沿著__接觸面__，并且跟物體__相對運動__的方向相反。
3．大小
(1)滑動摩擦力的大小跟接觸面上壓力的大小成__正比__，還跟接觸面的粗糙程度、材質等有關。
(2)公式：Ff＝__μFN__。
(3)動摩擦因數μ：它的值跟兩接觸面的__材料__和__粗糙程度__有關。動摩擦因數μ＝____，Ff在接觸面內且與相對運動方向__相反__，FN與接觸面__垂直__。
注意：有摩擦力必定有彈力，有彈力不一定有摩擦力。
知識點 2　靜摩擦力
1．定義：相互接觸的兩個物體之間只有__相對運動的趨勢__，而沒有__相對運動__時，這時的摩擦力叫作靜摩擦力。
2．方向：總是沿著__接觸面__，跟物體__相對運動趨勢__的方向相反。
3．最大靜摩擦力：靜摩擦力有一個最大值Fmax，在數值上等于物體__即將開始運動__時的拉力。
4．靜摩擦力的大小：兩物體之間實際產生的靜摩擦力F在__0__與最大靜摩擦力__Fmax__之間，即__0注意：“相對靜止”≠“靜止”其含義包括兩個物體都靜止，或者是兩個物體以相同的速度運動。
【互動探究】
探究一?滑動摩擦力
情境導入
如圖甲、乙、丙所示，質量為2 kg的木塊在不同水平拉力作用下，均向右做勻速直線運動。
(1)以上三圖中的木塊除了受到水平拉力外，水平方向還要受到一個什么力？你能根據二力平衡確定這個力的大小嗎？
(2)以上三圖中木塊受的摩擦力方向向哪？滑動摩擦力的方向與相對運動方向有何規律？
(3)比較甲、乙兩圖，表明滑動摩擦力大小與什么因素有關？比較甲、丙兩圖，表明滑動摩擦力大小與什么因素有關？
答案：(1)滑動摩擦力，其大小和外力大小相等，即3.6N、6.6N、5.6N。
(2)方向均向左，其方向總與相對運動方向相反。
(3)甲、乙表明，滑動摩擦力的大小與壓力大小有關；甲、丙表明，滑動摩擦力的大小與接觸面間的材料有關。
要點提煉
1．滑動摩擦力的產生條件
兩物體缺一不可
2．滑動摩擦力的方向
(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對運動的方向相反。
(2)與物體的運動方向可能相同，也可能相反。
例如：
3．滑動摩擦力的大小
(1)公式法：根據公式Ff＝μF N計算。
①正壓力F N是物體與接觸面間的壓力，不一定等于物體的重力，F N的大小根據物體的受力情況確定。
②動摩擦因數μ與材料和接觸面的粗糙程度有關，而與物體間的壓力、接觸面的大小無關。
(2)二力平衡法：物體處于平衡狀態(勻速運動或靜止)時，根據二力平衡條件求解。
特別提醒
(1)滑動摩擦力的方向與“相對運動的方向相反”并不是與“運動方向”相反。
(2)滑動摩擦力的作用總是阻礙物體的相對運動，而不是阻礙物體的運動。
探究二? 靜摩擦力
情境導入
如圖所示，把木塊放在水平長木板上，用彈簧測力計沿水平方向拉木塊，在彈簧測力計的指針下輕塞一個小紙團(可以作為指針到達最大位置的標記)，它可以隨指針移動。拉力F逐漸增大，木塊保持靜止，直到拉力達到某一數值時木塊開始移動，觀察彈簧測力計示數及其變化情況。
試分析：(1)隨著外力的增大，靜摩擦力大小變化嗎？若變化，如何變化？
(2)木塊開始移動時彈簧測力計的示數有何特點？
(3)若在木塊上增加砝碼，木塊開始移動時彈簧測力計的示數如何變化？由此得出什么結論？
提示：(1)由二力平衡知，隨著外力的增大，靜摩擦力大小發生變化，相應增大。
(2)木塊開始移動時彈簧測力計的示數達到最大，即最大靜摩擦力。靜摩擦力的數值存在一個范圍，即0(3)彈簧測力計的示數增大。最大靜摩擦力隨正壓力的增大而增大。
要點提煉
1．靜摩擦力產生的條件
兩物體缺一不可
2．靜摩擦力的方向
(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對運動趨勢的方向相反。
(2)與物體運動的方向可能相同，也可能相反。
例如：
3．靜摩擦力的大小
(1)大小的范圍：0(2)計算：物體處于平衡狀態(勻速運動或靜止)時，根據二力平衡條件求解。
(3)最大靜摩擦力Fmax略大于滑動摩擦力，一般情況下，為分析問題方便，可認為二者相等。
特別提醒
(1)不能認為受靜摩擦力的物體一定靜止，運動的物體之間也可能存在靜摩擦力。
(2)靜摩擦力的效果不是阻礙物體的運動，而是阻礙物體間的相對運動趨勢。
(3)靜摩擦力是被動力，在一定范圍內其大小隨外力變化而變化，并不是一個定值。
探究三 靜摩擦力與滑動摩擦力的比較
情境導入
繩結是靠什么性質的力使繩子連在一起或把物體綁在一起？為什么有的繩子不容易“死扣”？
提示：靜摩擦力；動摩擦因數太小(或繩子光滑)
要點提煉
兩種摩擦力的比較
靜摩擦力 滑動摩擦力
產生條件 相同點 ①相互接觸；②相互擠壓；③接觸面粗糙
不同點 有相對運動趨勢 有相對運動
力的三要素 大小 相同點 ①可根據二力平衡條件求解；②可根據作用力、反作用力的特點求解(后面學習)
不同點 被動力，與壓力無關，大小為0方向 相同點 ①與運動方向無直接關系，可與運動方向相同，也可與運動方向相反或者成一夾角；②與接觸面相切；③與同一接觸面上的彈力方向垂直
不同點 與相對運動趨勢方向相反 與相對運動方向相反
作用點 相同點 在接觸面上，做力的圖示時，可根據等效原理畫到物體的重心上
【溫馨提示】
對摩擦力認識的幾個誤區
誤區一：誤認為只有靜止的物體才受靜摩擦力作用，滑動摩擦力一定產生于運動的物體間
靜摩擦力產生于兩個相對靜止的物體間，它們可能都運動；滑動摩擦力產生于兩個相對運動的物體間，它們中可能有一個物體靜止。例如，汽車加速前進時，相對于車廂靜止的箱子隨汽車一起運動受到向前的靜摩擦力；狗拉雪橇向前運動時，靜止的地面受到滑動摩擦力。
誤區二：誤認為摩擦力的方向一定與物體的運動方向相反
實際上摩擦力與相對運動方向或相對運動趨勢方向相反，與物體的運動方向可能相反，可能相同，還可能與物體的運動方向不在一條直線上。
誤區三：誤認為物體間的壓力越大，摩擦力就越大
實際上滑動摩擦力、最大靜摩擦力與物體間的壓力有關，壓力越大，則滑動摩擦力和最大靜摩擦力就越大，而靜摩擦力的大小與物體間的壓力無關。
誤區四：誤認為摩擦力一定是阻力
實際上摩擦力阻礙的是物體間的相對運動，摩擦力不一定是阻力，有可能是動力，如傳送帶就是利用摩擦力作為動力，將糧食由低處送到糧倉中。
【典例剖析】
典例　如圖所示，一重為40 N的木塊原來靜止在水平桌面上，某瞬間在水平方向上同時受到兩個方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13 N，F2＝6 N。已知木塊與桌面間的動摩擦因數為0.2，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：
(1)木塊所受的摩擦力的大小和方向；
(2)當只將F1撒去時，木塊受到的摩擦力的大小和方向；
(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木塊受到的摩擦力的大小和方向。
思路引導：—
解析：當木塊運動時受到的滑動摩擦力為F滑＝μF N＝μG＝0.2×40 N＝8 N，故木塊受到桌面的最大靜摩擦力為8 N。
(1)加上F1、F2后，F1和F2相當于一個方向向右的F＝F1－F2＝7 N的力。由于F小于最大靜摩擦力，故木塊處于靜止狀態，則木塊受到桌面靜摩擦力的作用，大小為7 N，方向水平向左。
(2)將F1撤去后，由于F2小于最大靜摩擦力，故木塊仍然保持靜止。由二力平衡知識知，木塊受到的靜摩擦力大小等于F2，即大小為6 N，方向水平向右。
(3)撤掉F2后，由于F1大于最大靜摩擦力，則木塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，大小為8 N，方向水平向左。
答案：(1)7 N　水平向左　(2)6 N　水平向右
(3)8 N　水平向左
思維升華：求解摩擦力大小的方法
(1)明確所求摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力。
(2)靜摩擦力一般根據二力平衡來求。求解時應注意物體是否處于靜止或勻速直線運動狀態，若物體處于減速或加速運動狀態，則二力平衡不成立。
(3)滑動摩擦力一般根據公式法計算，計算時注意滑動摩擦力的大小與物體的速度大小、運動方向、接觸面積、物體是否勻速運動無關，只取決于動摩擦因數和正壓力的大小。
針對性訓練
1　如圖所示，質量為20 kg的物體，沿粗糙水平地面向右運動，一水平向左的力F＝10 N作用于物體上，物體與水平地面間的動摩擦因數為0.1，則物體所受摩擦力的大小和方向為(取g＝10 N/kg)(　D　)
A．10 N，向右　　　　　 B．10 N，向左
C．20 N，向右　　　　　 D．20 N，向左
D 解析：物體沿粗糙水平地面向右運動，物體對地面的壓力大小FN＝mg＝200 N，滑動摩擦力大小為Ff＝μFN＝μmg＝20 N，方向：與物體相對地面的運動方向相反，即向左，故D正確。
2．如圖所示，有一質量為m的磚，它的長、寬、高分別為25 cm、15 cm、8 cm，則當它平放、側放和豎放時，運動的磚塊所受到的摩擦力大小關系為(　B　)
A．Ff1>Ff2>Ff3　　　　 B．Ff1＝Ff2＝Ff3
C．Ff1B 解析：滑動摩擦力的大小f＝μFN，只與兩接觸面的材料和正壓力大小有關，與接觸面積大小無關，則三種情況下滑動摩擦力大小相等，故選B。
3 如圖所示，A是主動輪，B是從動輪，它們通過不打滑的皮帶傳動，輪的轉動方向見圖，在B輪上帶有負載，P、Q分別是兩輪邊緣上的點，則下列判斷正確的是(　AC　)
A．P點所受的靜摩擦力方向向上
B．P點所受的靜摩擦力方向向下
C．Q點所受的靜摩擦力方向向上
D．Q點所受的靜摩擦力方向向下
思路引導：正確理解靜摩擦力的概念，明確靜摩擦力的方向一定與相對運動趨勢的方向相反。
AC 解析：P點位置在與主動輪接觸的皮帶上，輪子帶著傳送帶運動，故傳送帶相對輪子有向上運動的趨勢，但沒有相對滑動；故P點受到的是靜摩擦力；P受到的摩擦力方向向上，故A正確，B錯誤；Q點位置在與從動輪接觸的皮帶上，輪子是在傳送帶的帶動下運動的，沒有打滑，故受到的也是靜摩擦力，因皮帶向上的運動，故Q相對于皮帶有向下的運動趨勢；故Q受到的摩擦力方向向上，故C正確，D錯誤。
4． 如圖所示，小軍沿水平方向推一只放置在水平地面上較大的木箱，甲圖中他用了50 N的力推，結果木箱不動，此時木箱受到的摩擦力為F1；乙圖中他將力增大到100 N木箱恰好被推動，此時木箱受到的摩擦力為F2；丙圖中小軍把木箱推跑了，此時木箱受到的摩擦力為F3。若木箱對地面的壓力為400 N，木箱與地面的動摩擦因數為0.2，則(　C　)
A．F1＝0 N，F2＝100 N，F3＝400 N
B．F1＝50 N，F2＝100 N，F3＝400 N
C．F1＝50 N，F2＝100 N，F3＝80 N
D．F1＝0 N，F2＝100 N，F3＝80 N
C 解析：甲圖中他用了50 N的力推，結果木箱不動，則此時木箱受到的靜摩擦力F1與推力大小相等，即F1＝50 N；乙圖中他將力增大到100 N木箱恰好被推動，此時木箱受到的靜摩擦力達到最大，摩擦力大小仍等于推力，即F2＝100 N；丙圖中小軍把木箱推跑了，此時木箱受到的摩擦力為滑動摩擦力，大小為F3＝μmg＝80 N。故選C。
5． 《中國制造2025》是國家實施強國戰略第一個十年行動綱領，智能機器制造是一個重要方向，其中智能機械臂已廣泛應用于各種領域。如圖所示，一機械臂鐵夾豎直夾起一個金屬小球，小球在空中處于靜止狀態，鐵夾與球接觸面保持豎直，則(　CD　)
A．小球受到的摩擦力方向向下
B．若增大鐵夾對小球的壓力，小球受到的摩擦力變大
C．若增大鐵夾對小球的壓力，鐵夾與球之間的最大靜摩擦力變大
D．小球受到摩擦力與重力是一對平衡力
C 解析：對金屬小球受力分析，在豎直方向上，小球受到重力和摩擦力，二力平衡，所以摩擦力方向豎直向上，增大壓力，摩擦力不變，依然跟重力平衡。AB錯誤，D正確；若增大鐵夾對小球的壓力，鐵夾與球之間的最大靜摩擦力變大，可以夾起更重的金屬球，C正確。
6 如圖一女孩在健身器材上爬桿玩耍，女孩(　BD　)
A．抱住豎直桿不動時，抱得越緊所受摩擦力越大
B．抱住豎直桿不動時，抱得越緊二者間的最大靜摩擦力越大
C．緩慢下滑過程中受到的摩擦力方向是向下的
D．緩慢向上攀爬過程中受到的摩擦力方向是向上的
BD 解析：當女孩抱住豎直桿不動時，女孩處于平衡狀態，女孩受到的重力與靜摩擦力大小相等，抱得越緊女孩受到的靜摩擦力大小不變，但是二者之間的彈力增大，導致最大靜摩擦力增大，故A錯誤，B正確；女孩緩慢下滑過程中受到的摩擦力方向與相對運動方向相反，方向豎直向上，故C錯；女孩緩慢上爬的過程中，手相對于桿有向下運動的趨勢，則此過程中女孩受到的靜摩擦力方向向上，故D正確。
7．(2021·寧夏銀川市銀川一中高一期末)如圖所示，用彈簧秤水平拉桌面上質量為5.0kg的物塊，當物塊在水平桌面上勻速運動時，彈簧秤的示數為10 N。求：
(1)物塊受到的滑動摩擦力大小；
(2)物塊與桌面之間的動摩擦因數μ的大小。
答案：(1)10 N　(2)0.2
解析：(1)當物塊在水平桌面上勻速運動時，彈簧秤的拉力與摩擦力平衡，則物塊受到的滑動摩擦力大小為Ff＝F＝10 N
(2)根據Ff＝μFN＝μmg
可得μ＝＝＝0.2
8 如圖所示，一輛汽車在平直公路上，車上有一木箱，試判斷下列情況中，木箱所受摩擦力的方向，并說明摩擦力充當動力還是阻力。
(1)汽車由靜止加速運動時(木箱和車面無相對滑動)；
(2)汽車剎車時(二者無相對滑動)；
(3)汽車勻速運動時(二者無相對滑動)；
(4)汽車剎車，木箱在車上向前滑動時；
(5)汽車在勻速過程中突然加速，木箱在車上滑動時。
解析：(1)木箱隨汽車一起由靜止加速運動時，假設二者的接觸面是光滑的，則汽車加速時，木箱由于慣性要保持原有靜止狀態。因此它將相對于汽車向后滑動，而實際木箱沒有滑動，說明木箱有相對汽車向后滑動的趨勢，所以，木箱受到向前的靜摩擦力，此時靜摩擦力是動力。
(2)汽車剎車時，速度減小，假設木箱與汽車的接觸面是光滑的，則木箱將相對汽車向前滑動，而實際木箱沒有滑動，說明木箱有相對汽車向前滑動的趨勢，所以木箱受到向后的靜摩擦力，此時靜摩擦力是阻力。
(3)木箱隨汽車一起勻速運動時，二者無相對滑動，假設木箱受水平向右的摩擦力，跟木箱接觸的物體只有汽車，汽車最多能對它施加兩個力(支持力F1和摩擦力F2)，由二力平衡條件知：F1與G抵消，但沒有力與F2抵消，不能做勻速直線運動，這與題意矛盾，所以假設錯誤，即木箱不受摩擦力。
(4)汽車剎車，木箱相對于汽車向前滑動，易知木箱受到向后的滑動摩擦力，此時滑動摩擦力是阻力。
(5)汽車在勻速過程中突然加速，木箱相對于汽車向后滑動，易知木箱受到向前的滑動摩擦力，此時滑動摩擦力是動力。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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