高中物理第三章相互作用力第二节摩擦力教案必修第一册

摩擦力
1．知道滑动摩擦力的概念及产生的条件，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因素有关，会求滑动摩擦力。

3．知道静摩擦力的概念及产生的条件，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：两个相互接触的物体，当它们□01相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。

2．产生条件
(1)物体间□02接触且□03挤压； (2)接触面□04粗糙； (3)物体间有□05相对运动。

3．方向：沿着接触面，跟物体□06相对运动的方向相反。

4．大小：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成□07正比。

F f ＝□08μF 压。

μ是比例常数，叫作□09动摩擦因数。

它的值跟□10接触面有关，接触面□11材料不同、□12粗糙程度不同，动摩擦因数也不同。

动摩擦因数μ＝□13F f F 压，也可表示为μ＝□14F f F N
，F N 为接触面对物体的支持力。

5．效果：总是阻碍物体间的□15相对运动。

二、静摩擦力
01相对运动的趋势，而没有相对运动时的摩擦力。

1．定义：相互接触的两个物体之间只有□
2．产生条件
(1)物体间□02接触且□03挤压；
(2)接触面□04粗糙；
05相对运动趋势。

(3)物体间有□
06相对运动趋势的方向相反。

3．方向：沿着接触面，跟物体□
4．最大静摩擦力：静摩擦力的增大有一个限度。

静摩擦力的最大值F max在数值上等于物体□07即将开始运动时的拉力。

两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力F max之间，即□080<F≤F max。

5．效果：总是阻碍物体间的□09相对运动趋势。

判一判
(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。

( )
(2)摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间。

( )
(3)滑动摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同。

( )
(4)动摩擦因数的大小与接触面的材料和粗糙程度有关。

( )
(5)静摩擦力的大小与正压力成正比。

( )
提示：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×
想一想
(1)只有运动的物体才能受到滑动摩擦力吗？
提示：如图所示，物体在拉力F的作用下向右运动，地面相对于物体向左运动，所以地面受到了向右的滑动摩擦力，而地面是静止的，因此，静止的物体也可能受到滑动摩擦力。

(2)受到静摩擦力作用的物体是否一定处于静止状态？
提示：存在静摩擦力的两个物体是“相对”静止的，但这两个物体是否处于静止状态，与选取的参考系有关。

如果选这两个物体中的一个作为参考系，那么它们都是静止的；如果选择这两个物体之外的其他物体作为参考系，那么这两个物体可能是运动的，也可能是静止的。

课堂任务滑动摩擦力仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

丁
沿水平面水平匀速推动(或拉动)重物，推力(或拉力)等于重物所受的摩擦力，并且摩擦力的大小与速度和接触面积无关。

那么摩擦力的大小与什么因素有关？
活动1：如图甲所示，推装满货物的箱子很费劲，但是推空箱子却很轻松，这说明什么？
提示：这说明物体滑动时受到的摩擦力大小与压力有关，压力越大，摩擦力越大。

活动2：如图乙所示，狗在冰面上很容易拉动雪橇，但是在马路上就拉不动，这说明什么？
提示：这说明物体滑动时受到的摩擦力与接触面的性质有关。

活动3：为了定量验证上述猜想，我们做如图丙所示的系列实验。

已知木块的质量，该实验应该如何操作？
提示：用弹簧测力计水平匀速拉动水平面上的木块，测力计的示数就等于木块所受的摩擦力大小。

(1)先在木板上拉动，多次改变木块对木板的压力(木块和砝码的重力之和等于木块对木板的压力)，测出对应的摩擦力并记录；(2)保持木块对接触面的压力不变，多次改变接触面的材料，测出对应的摩擦力并记录。

活动4：图丁是上述实验记录的系列数据，计算出横线上的值。

据此实验记录数据你能得出什么结论？如果用μ表示接触面的性质，如何用公式表示该结论？
提示：计算可得，横线上的值为0.20；通过分析实验数据可知，物体在同一接触面上滑动时，受到的摩擦力F f与压力F压成正比，对于不同的接触面，比例系数不同；由此可见，比例系数反映接触面的性质，该结论可用公式表示为：F f＝μF压。

活动5：讨论、交流、展示，得出结论。

1．滑动摩擦力：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。

2．“相对运动”的意义：滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，“相对运动”可能是因为两个物体一个静止，另一个在运动；可能是因为两个物体一个运动得快，另一个运动得慢；还可能是因为两个物体运动的方向相反。

所以发生相对运动的物体不一定处于运动状态，可能是某物体静止，另一个物体在运动造成的。

3．滑动摩擦力产生的条件
(1)两物体相互接触并挤压；
(2)物体间的接触面粗糙；
(3)两物体间存在相对运动。

4．滑动摩擦力的方向
(1)沿着接触面，并且跟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。

5．滑动摩擦力的大小
(1)公式法：根据公式F f＝μF压计算。

①正压力F压是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，F压的大小根据物体的受力情况确定。

②动摩擦因数μ与接触面的材料和粗糙程度有关，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(匀速直线运动或静止)状态时，根据二力平衡条件求解。

例1 风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆置于风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径，当杆在水平方向固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，如图所示，这时小球所受的风力等于小球重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数。

小球恰好匀速运动时，受到的摩擦力有什么特点？
提示：匀速运动时，小球受到的风的推力和其所受的摩擦力平衡，二者大小相等，方向相反。

[规范解答] 风力等于小球所受的滑动摩擦力，F风＝F f，即0.5G＝μF压，又F压＝G，解得μ＝0.5。

[完美答案] 0.5
(1)滑动摩擦力大小与物体相对接触面的运动快慢无关。

由公式F f＝μF压，可知影响滑动摩擦力大小的因素只有两个：动摩擦因数μ和正压力F压。

(2)对于处于平衡状态的物体，可以根据二力平衡条件求出物体间的滑动摩擦力，再根据滑动摩擦力公式F f＝μF压，就可求解出物体间的动摩擦因数。

[变式训练1－1]如图所示，一在水平面上向右运动的物体，质量为40 kg，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.1，在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为20 N的力的作用，取g＝10 N/kg，则物体受到水平面的滑动摩擦力为( )
A．40 N，向右B．40 N，向左
C．20 N，向右D．20 N，向左
答案 B
解析根据滑动摩擦力公式可知F f＝μF压＝μmg＝0.1×40×10 N＝40 N，方向与物体相对水平面的运动方向相反，为水平向左，B正确，A、C、D错误。

[变式训练1－2]某同学设计了测动摩擦因数的实验，实验装置如图所示。

其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计。

实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。

已知重力加速度为g。

则该设计能测出________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为μ＝________。

答案A与B F1 mg
解析当用力将A从B的下方抽出时，B处于静止状态且相对A向右运动，弹簧测力计的读数F1与B所受的滑动摩擦力F f大小相等，B对木块A的压力大小等于B的重力mg，由F f＝
μF压得，μ＝F f
F压＝
F1
mg。

课堂任务静摩擦力
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

相互接触的物体相对静止时，是不是也可能存在摩擦力？
活动1：如图甲所示，人用平行于地面的力推沙发，沙发没动，沙发相对地面有没有运动的趋势？运动趋势的方向是什么？
提示：有，沙发相对地面有向右运动的趋势。

活动2：沙发相对地面处于什么状态？沙发在水平方向上是不是只受人的推力作用？为什么？
提示：沙发与地面保持相对静止。

根据二力平衡的知识可知，这时一定有一个力与推力平衡，这个力与人对沙发的推力大小相等、方向相反，即这个力的方向与沙发相对地面的运动趋势方向相反。

活动3：如图甲所示，人推沙发的力增大到一定大小之前，沙发不会动；如图乙所示，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。

在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动，这些情况说明什么？
提示：说明这种力的增大有一个限度。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

1．静摩擦力：两个相互接触的物体，当它们有相对运动的趋势，但没有相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动趋势的力，这种力叫作静摩擦力。

2．静摩擦力产生的条件
(1)两个物体相互接触并挤压；
(2)物体间的接触面粗糙；
(3)两物体相对静止，但有相对运动的趋势。

3．静摩擦力有无的判断
4．静摩擦力方向的判断
(1)直接法：对于相对运动趋势比较明显的情况，可以根据静摩擦力的方向沿着接触面，且与相对运动趋势的方向相反直接判断。

(2)假设法：可假设接触面光滑，将会看到物体发生相对运动，根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向，从而判断静摩擦力的方向。

(3)状态分析法：分析除要研究的静摩擦力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律)，若还需要有向左的静摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则静摩擦力向左；若还需要有向右的静摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则静摩擦力向右。

(4)相互作用分析法：若甲、乙两物体间有静摩擦力，并且能判断出甲对乙的静摩擦力的方向，则乙对甲的静摩擦力的方向与甲对乙的静摩擦力的方向相反。

注意：状态分析法、相互作用分析法同样适用于滑动摩擦力方向的判断。

5．静摩擦力大小的分析
(1)静摩擦力随引起静摩擦力的外力的增大而增大，但静摩擦力的增大有一个限度，超过这个限度就会发生相对运动，这个限度时的静摩擦力就是最大静摩擦力。

(2)静摩擦力的大小范围：0<F静≤F max。

静摩擦力的大小可以根据二力平衡来计算。

(3)静摩擦力不会随压力的增大或减小而改变，但最大静摩擦力会随压力的增大而增大。

最大静摩擦力F max略大于滑动摩擦力F f＝μF压，一般情况可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

例2 如图所示是一主动轮A通过皮带带动从动轮B的示意图，主动轮的转动方向为顺时针方向，则关于主动轮上M点受到的静摩擦力方向和从动轮上N点受到的静摩擦力方向的判断正确的是( )
A．向下，向上 B．向下，向下
C．向上，向下 D．向上，向上
(1)有哪些方法可以判断静摩擦力的方向？
提示：直接法、假设法、状态分析法、相互作用分析法。

(2)静摩擦力的方向是怎样的？
提示：沿着接触面与相对运动趋势方向相反。

[规范解答] 主动轮、从动轮、皮带之间的传动关系为：主动轮先转，带动皮带运转，皮带又带动从动轮运转。

在主动轮上的M点，轮子相对于皮带有向上运动的趋势，故皮带给轮子向下的静摩擦力，同时轮子给皮带一个向上的静摩擦力，此力拉动皮带运动。

在从动轮上的N点，轮子相对皮带有向上运动的趋势，则皮带给从动轮一个向下的静摩擦力，从动轮在该静摩擦力的作用下转动，B正确。

[完美答案] B
1.判断摩擦力方向应注意的问题
(1)在判断摩擦力方向时，弄清物体相对运动或相对运动趋势的方向是关键。

(2)相对运动(趋势)是指物体相对于它所接触的物体的运动(趋势)，不一定是相对于地面的运动(趋势)。

(3)摩擦力的方向与相对运动(趋势)方向相反，不是与运动(趋势)方向相反。

(4)具体判断时，可灵活运用假设法、状态分析法或相互作用分析法进行判断。

2.计算摩擦力大小应注意的问题
(1)在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦
力。

两者的计算方式完全不同。

(2)滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他方式(如利用二力平衡条件)求解。

(3)滑动摩擦力F f ＝μF 压中正压力F 压并不总是等于物体的重力，要具体问题具体分析。

[变式训练2－1] 如图为运动员莫有雪在田径世少赛上奔跑途中的两个瞬间，用F 1、F 2分别表示莫有雪在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于F 1、F 2的方向，以下说法正确的是
( )
A ．F 1向后，F 2向后
B ．F 1向前，F 2向前
C ．F 1向前，F 2向后
D ．F 1向后，F 2向前
答案 C
解析 人在奔跑时，脚与地面相对静止，受到静摩擦力的作用。

题图甲中，脚用力后蹬，相对地面有向后滑的趋势，受到向前的静摩擦力，即F 1向前；题图乙中，脚接触地面时有相对地面向前滑的趋势，受到的静摩擦力向后，即F 2向后，故C 正确。

[变式训练2－2] 如图所示，质量m ＝2 kg 的物体放在水平地面上。

一质量不计的弹簧，原长为10 cm ，一端固定在物体上，另一端施一水平拉力F 。

物体与水平面间的动摩擦因数为0.2。

(g ＝10 m/s 2
，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)
(1)当弹簧被拉长至12 cm 时，物体恰好匀速运动，则弹簧的劲度系数多大？
(2)若将弹簧拉长至11 cm ，物体所受到的摩擦力大小为多少？
(3)若将弹簧拉长至13 cm ，物体所受的摩擦力大小为多少？
答案 (1)200 N/m (2)2 N (3)4 N
解析 (1)物体匀速前进时，k (x －x 0)＝μmg ，
则k ＝μmg x －x 0＝0.2×2×100.12－0.10
N/m ＝200 N/m 。

(2)弹簧的拉力
F1＝k(x1－x0)＝200×(0.11－0.10) N＝2 N，
最大静摩擦力F max与滑动摩擦力相等，则：
F max＝μF压＝μmg＝0.2×2×10 N＝4 N，
F1<F max，故物体没动，物体所受静摩擦力
F f1＝F1＝2 N。

(3)弹簧的拉力
F2＝k(x2－x0)＝200×(0.13－0.10) N＝6 N，
F2>F max，
故物体将加速前进，此时物体受到的滑动摩擦力为F f2＝μF压＝μmg＝0.2×2×10 N＝4 N。