初二物理竞赛 第8讲 摩擦力 教师版

漫画释义8摩擦力种类静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力定义两个相互接触的物体, 当它们要发生或已经发生相对运动时, 就会在接触面上产生阻碍相对运动趋势或相对运动的力, 这种力叫做摩擦力．产生条件① 直接接触②有挤压（接触面的弹性形变）③接触面粗糙④有相对运动或者相对运动趋势方向与相对运动或者相对运动趋势相反微观上理解摩擦力1. 两表面交界时小毛刺和小毛刺的交错, 发生切向的宏观错移（滑动摩擦）或微观错移（静摩擦）时导致的毛刺变形所产生的弹力即为摩擦力. 毛刺的变形量、毛刺之间交错的深度和广度都会影响到摩擦力的大小. 下图分别是A、B两物体间的摩擦力为零（甲）、最大静摩擦（乙）和滑动摩擦（丙）的情况.2. 静摩擦力的大小由受力分析确定, 最大静摩擦力受毛刺的最大变形量决定,如（乙图角1）所示, 毛刺的变形量已经很大了.3. 一般认为滑动摩擦力和最大静摩擦力大小相同, 但实际上是小于最大静摩擦力, （编者认为）由于发生了宏观移动, 如图丙所示, 微观上圈出的两毛刺亲密接触时间有限, 毛刺还没有达到最大变形量就分离了, 从而导致滑动摩擦中毛刺无法达到最大变形量（角2<角1, 编者把角2 这个角度叫做运动时的脱离变形量）. 所以滑动摩擦小于最大静摩擦.摩擦力的大小静摩擦力滑动摩擦力大小与压力、粗糙程度无关, 利用平衡状态物体合力为0N 来求解．大小测定: 利用二力平衡影响因素: 压力、接触面材料和粗糙程度知识导航减小滑动摩擦力的方法① 减小接触面压力②减小接触面的粗糙程度③把滑动摩擦力变为滚动摩擦力④把两个接触面分开等等探究实验（相关性及证伪实验）实验特点在某条件下, 探究两个物理量B 与A 的相关性,采用两次实验法．明确变量自变量、因变量、控制变量实验设计方法两次实验: 改变自变量A, 得到两次因变量B1、B2分析与结论若B1=B2, 则B 与A 无关; 若B1B2, 则B 与A 有关【例1】人用F=6N 的力水平拉动物块, 使物块向右作匀速直线运动, 请画出物块所受摩擦力的示意图, 并写出摩擦力的大小.【答案】图略. 摩擦力大小为6N.【例2】如图所示, 用水平向左、大小为5N 的力F 将重力为2N 的物块压在墙上静止, 请画出物块此时所受摩擦力的示意图, 并写出大小; 若将压力F 撤去, 物块将贴着墙面下滑, 下滑过程中是否还受到摩擦力的作用?【答案】图略; 第一次摩擦力大小为2N; 第二次下滑时不受摩擦力作用, 因为压力为0N.模块一：摩擦力的认知【例3】自动化生产线上, 常用传送带传送工件．如图所示一个工件与皮带一起水平匀速向右运动, 不计空气阻力, 请画出工件此时受力的示意图．【答案】【例4】如图所示, 甲、乙两个物块叠放在水平面上. 小禹同学用水平向右的力 F 拉乙物块, 使甲、乙两个物体一起匀速向右运动, 请分析甲、乙两个物块各自所受摩擦力的情况, 并画出甲、乙的受力示意图.【答案】图略. 甲不受摩擦力, 乙受到的摩擦力为地面对它的，方向为水平向左，大小为F.【例5】如图所示, 用水平拉力F=6N 拉动铁块在支架上匀速向右运动, 则铁块对支架的摩擦力情况是( )A. 大小为6N, 水平向右B. 大小为6N, 水平向左C. 方向水平向左, 大小不能确定D. 方向水平向右, 大小不能确定【答案】A 考查二力平衡及相互作用力☆ 上题中可以引申提问: 此时地面对支架的摩擦力大小及方向水平向左, 6N .【例6】下列几种关于摩擦力利弊的说法中, 正确的是( )A. B. C. D.A. 机车起动时, 车轮与钢轨间的摩擦是有益的B. 皮带传动中, 皮带与皮带轮间的摩擦是有害的C. 骑自行车时, 自行车轮胎与地面间的摩擦是有害的, 毫无益处D. 人走路时, 脚与地面间的摩擦是有害摩擦, 越小越好【答案】A【例7】在日常生活和生产活动中, 有时要增大摩擦力, 有时又要设法减小摩擦力, 下列四个实例中属于减小摩擦力的是( )A. 拉二胡演奏B. 皮带传动装置C. 鞋底花纹D. 滚轴代替平底鞋【答案】D【例8】小明想测量正方体木块和平木板之间的滑动摩擦力, 他设计了以下两种实验装置图图甲图乙(1) 甲、乙两图都利用了知识, 测出物块和木板之间滑动摩擦力的大小.(2) 利用图乙装置测量滑动摩擦力的优点是.(3) 利用此装置图, 还可以设计研究关于滑动摩擦力的哪些实验? （至少写出一个）.【答案】(1) 二力平衡(2) 易于控制, 减小实验误差．分析: 即使平板小车不做匀速直线运动, 对实验也不会产生影响．因为木块是静止的,它水平方向受到的弹簧测力计的拉力和受到的滑动摩擦力一定是平衡的．(3) 滑动摩擦力与接触面受到的压力的关系; 滑动摩擦力与相对运动速度大小的关系;滑动摩擦力与接触面大小的关系等．分析: 保证接触面受到的压力和接触面的粗糙程度不变的情况下, 分别将木块平放和侧放, 注意调节定滑轮的高度, 来探究滑动摩擦力与接触面大小的关系．模块二：摩擦力大小的影响因素【例9】水平桌面上有一个长方体橡胶块和一只橡胶底运动鞋（二者橡胶种类相同）, 一个一端带有定滑轮的长木板、一些细线和一个满足实验要求的弹簧测力计．老师希望小雪同学用实验判断长方体橡胶块和橡胶底运动鞋的底面哪个更粗糙．小雪分别用细线系住长方体橡胶块和橡胶底运动鞋,先后在长木板上匀速拉动长方体橡胶块和橡胶底运动鞋,分别如图甲和图乙所示, 匀速拉动过程中分别记下弹簧测力计的示数F1 和F2 ．她发现F2 ＞F1 , 于是她得出结论: 橡胶底运动鞋底面更粗糙．老师指出小雪的实验方法是不正确的．请你仅利用小雪用到的实验器材, 设计一个实验判断长方体橡胶块和橡胶底运动鞋的底面哪个更粗糙．写出主要实验步骤和相应的实验现象与结论．【答案】(1) 先将橡胶底运动鞋放在水平长木板上, 然后将长方体橡胶块放在橡胶底运动鞋上, 并固定住, 细线一端系住橡胶运动鞋, 细线另一端通过定滑轮与弹簧测力计相连,用弹簧测力计竖直向上匀速拉动运动鞋, 记下弹簧测力计的示数F1 ．(2) 再将长方体橡胶块放在水平长木板上, 然后将橡胶底运动鞋放在长方体橡胶块上, 并固定住, 细线一端系住橡胶块, 细线另一端通过定滑轮与弹簧测力计相连, 用弹簧测力计竖直向上匀速拉动橡胶块, 记下弹簧测力计的示数F2 ．若F1 ＞F2 , 则橡胶底运动鞋下表面更粗糙; 若F1 ＜F2 , 则橡胶块下表面更粗糙．若F1 = F2 , 则橡胶底运动鞋下表面与橡胶块下表面粗糙程度相同.【例10】在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,小军同学认为滑动摩擦力的大小与物体运动的速度大小有关．请你利用已有的器材设计一个实验, 说明小军的认识是不正确的．(1) 实验器材: 一端装有定滑轮的长木板、带挂钩的木块一个、细线若干、还需补充的是．(2) 实验步骤:(3) 实验结论:【答案】(1) 弹簧测力计(2) 主要步骤:①调节弹簧测力计使指针指零刻线．②将系好细绳的木块放在水平放置的长木板上, 细绳绕过定滑轮, 用弹簧测力计沿竖直方向向上匀速拉动绳端, 使木块在长木板上做匀速直线运动．此时, f 摩=F 拉.在表格中记录弹簧测力计的示数为F1．③ 改变拉动木块的速度, 重复步骤②, 在表格中记录弹簧测力计的示数为F2．(3) 两次弹簧测力计示数F1 =F2, 说明小军的认识是错误的.【例11】体育课上小伟和小强进行爬绳和爬杆比赛．小伟爬绳小强爬杆, 两人同时匀速向上爬, 则( )A. 小强受杆的摩擦力小于他受的重力B. 小伟受绳的摩擦力大于他受的重力C. 小强受的摩擦力与重力大小相等, 方向相同D. 小伟受的摩擦力与重力大小相等, 方向相反【答案】D【例12】用手握住一个重5N 的空啤酒瓶, 瓶口向上静止在手中, 此时手对瓶有一个向上的摩擦力f （静摩擦力）, 已知手对瓶的压力为8N , 手对瓶的摩擦力f1; 当手对瓶的压力增大到10N 时, 手对瓶的摩擦力f2f1, 当瓶中倒入一定量的水时（瓶静止在手中）,手对瓶的摩擦力f3 f1．（填“＞”、“＝”或“＜”）【答案】= >【例13】如下图所示, 水平地面上放有一个箱子, 当人用水平向右F1= 10N 的力推箱子时, 没有推动, 此时箱子所受摩擦力大小为N; 当人用F2= 15N 的力推箱子时, 仍然没有推动, 此时箱子所受摩擦力大小为 N; 当人用F3= 18N 的力推箱子时, 箱子恰好以1m/s 的速度向右做匀速直线运动, 此时箱子所受摩擦力大小为N; 当人用F4= 20N的力推箱子时, 箱子此时所受摩擦力大小为N.【答案】10 15 18 18【例14】一个木块在水平地面上做匀速直线运动, 此时它受到的水平拉力为0.5N , 若把拉力增大到0.8N , 仍使木块在该平面上运动, 这时木块受到的合力为( )A．1.3N B．0.8N C．0.3N D．0N【答案】C【例15】水平地面上放有一个小木箱, 人用F = 20N 的力水平向右拉动它, 使它向右做匀速直线运动. 如图甲所示; 突然将向右的拉力F 改为向左的推力, 且大小不变, 如图乙所示. 则物块将（填“立即静止”、“向右减速运动”或“立即向左运动”）; 停下来之前, 物块所受合力大小为N, 方向.【答案】向右减速运动40 水平向左模块三：摩擦力大小的计算【例16】(多选) 如图所示, 一个重为200N 的物体A 放在水平地面上, 当物体A 在水平方向受向右的拉力F1、向左的拉力F2 及摩擦力f 的作用时, 物体A 做匀速直线运动. 若F l ＝30N, F2＝20N, 则下列说法正确的是( )A. f＝10N, 方向水平向右B. 物体A 所受力的合力大小为0NC. F2 与f 合力的大小是30N, 方向水平向左D. 若再增加一个沿水平方向向右的拉力F3, f 将增大【答案】BC【例17】(2012 西城一模) 将物体甲放在水平桌面上匀速向右推动时, 所用水平推力为F1, 地面对物体甲的摩擦力为f1. 现将物体乙叠放在物体甲上, 如图所示, 用水平拉力F2 使物体甲向右匀速移动过程中, 物体乙被左边墙上固定的细绳拉住且保持静止, 地面对物体甲的摩擦力为f2, 物体乙对物体甲的摩擦力为f3, 细绳对物体乙的水平拉力为T. 下列判断正确的是( )A. f1＞F1, f1 的方向水平向左B. f2＞F1, f2 的方向水平向左C. f2＝F2, f2 和F2 是一对平衡力D. f3＝T, f3 和T 是一对相互作用力【答案】B【例18】水平向右的拉力F 作用在物体上, 拉力F 和物体的速度随时间变化图像如图所示, 请分析第1秒时物体所受摩擦力大小为N; 第3 秒时物体所受摩擦力大小为N;第5 秒时物体所受摩擦力大小为N．【答案】3 6 6【例19】某运动员竖直上抛一个篮球, 上升过程中篮球所受的合力大小为F1,下落过程中篮球所受合力大小为F2, 假设全过程中篮球所受到的空气阻力大小不变, 则F1F2. (填“>”、“=”或“<”)【答案】>模块四：反向运动问题F2F1AT乙F2甲【例20】如图所示, G B=6N, A 恰好匀速向右运动, 若要A 匀速向左运动, 需要给A 施加一个水平向左的多大的力?【答案】12N．由于滑动摩擦力大小不变, 方向改变．属于反向运动问题【例21】教室装有磁性黑板, 由于磁体之间有吸引力, 所以内部装有磁铁的黑板擦就可以被吸在黑板上的任何位置而不会掉下来．若已知黑板擦的重力为 2.5N, 黑板擦和黑板之间的吸引力恒为5N 不变．当对黑板擦施加方向竖直向下、大小为0.5N 的推力时, 黑板擦恰能沿黑板表面匀速下滑．若要这个黑板擦沿着黑板表面竖直向上匀速滑动, 则需要施加方向竖直向上的力, 这个力的大小为( )A. 3.5NB. 4.5NC. 5ND. 5.5N【答案】D 上题的变式练习模块五：思考题【例22】同学学习摩擦力时, 老师说：汽车是靠摩擦力前进的; 这个同学喜欢动脑筋, 他想知道汽车前后轮的摩擦力方向是怎样的？在他请教老师时, 老师说：让我们共同探究一下．他们共同做了一个实验, 老师在比较光滑的桌面上放两辆能自由移动的小车, 把一个小玩具车, 在开动马达后, 拿在手上, 然后慢慢的往下放（如图 1 所示), 当玩具车与下面两辆小车刚刚接触时, 发现下面的小车运动情况如图2 所示( )A. 则这个玩具车的前轮受到的摩擦力方向向后, 后轮受到的摩擦力方向向前B. 则这个玩具车的前轮受到的摩擦力方向向前, 后轮受到的摩擦力方向向后C. 则这个玩具车的前轮受到的摩擦力方向向前, 后轮受到的摩擦力方向向前D. 则这个玩具车的前轮受到的摩擦力方向向后, 后轮受到的摩擦力方向向后【答案】A【例23】请问骑自行车、推自行车时，地面对前、后轮的摩擦力方向一样吗？【答案】骑车时前轮所受摩擦力向后、后轮所受摩擦力向前; 推车时前、后轮所受摩擦力均向后.☆ 教师拓展题目:（2012 年全国应用物理知识竞赛初赛）早晨, 小明骑着自行车沿平直的 公路驶向学校, 强劲的北风迎面吹来, 此时地面对车前轮的摩擦力为 f 1, 对车后轮的摩擦力为 f 2. 则下列说法中正确的是 ( ) A ．f 1 与前进方向相反, f 1<f 2 B ．f 2 与前进方向相反, f 1>f 2 C ．f 1 与前进方向相同, f 1<f 2 D ．f 2 与前进方向相同, f 1>f 2【答案】A【例24】你是否注意到这种现象, 无论是锯木头的锯子还是锯钢铁的锯子, 它们的锯齿都是东倒西歪不在一个平面上, 这是因为 ( ) A. 这样能使锯齿更锋利 B. 这样使锯条更耐受撞击C. 锯条用的太久, 锯齿被撞歪了D. 可以使锯口变宽, 减小材料对锯条的摩擦力【答案】 D☆超市的扶梯: 购物车为什么在扶梯上很难推得动？原因是 A 面的 滚动摩擦加上 B 面的滑动摩擦就很大了. 如右图所示. ☆教师分享:有两本厚薄相同的书, 你能否想办法把这两本书连在一起, 拉也 拉不开, 如图所示. 不能借助任何其它工具, 也不能使书有折痕. 并说明其中道理.答案: 把两本书每页都交叉叠放, 这样大大增大了摩擦力.【例25】以下实验, 发现能拉住绳端所需的拉力越来越小, 说明什么问题呢? 想一想生活中哪些地方利用了此种原理? 讨论一下吧.图1 图2 图3 图4【答案】缠绕的圈数越多, 摩擦力就越大．① 船靠岸时, 将缆绳在缆柱上绕圈; ②系鞋带; ③拴马桩;④两段电线拧在一起要相互缠绕; ⑤扎布袋口时绳子多绕几圈.竞技大力士马蒂夫《马蒂斯·桑多尔夫》这部小说使读者印象最深的, 大概是大力士马蒂夫用手拉住一条正在下水的船“特拉波科罗”号这件事．关于这件事, 小说的作者是这样告诉我们的:……移去了在两旁撑住船身的支持物, 船准备下水了．只要把缆索解开, 船就会滑下去．已经有五六个木工在船的龙骨底下忙着．观众满怀着好奇心注视着这件工作．这时候, 却有一只快艇出现在人们的眼前．突然听到一声惊呼, “特拉波科罗”号正当快艇的右舷对着它的时候, 开始摇摆着滑下去了．两条船就要相撞了, 已经没有时间、没有方法能够防止这场惨祸了……突然出现了一个人, 他抓住了挂在“特拉波科罗”号前部的缆索, 用力地拉, 几乎把身子弯得接近了地面．不到1 分钟, 他已经把缆索绕在打在地里的铁桩上．他冒着被摔死的危险, 用超人的气力, 用手拉住缆索大约有40 秒钟．最后, 缆索断了．可是这40 秒钟时间已经很足够: “特拉波科罗”号进水以后, 只轻微地擦了一下快艇, 就向前驶了开去．快艇已经脱了险．至于这个使这件发生得很快的意外事件没有造成惨祸的人──当时甚至别人来不及帮助他──就是马蒂夫．力学告诉我们, 缠在桩上的绳索, 在滑动的时候, 摩擦力可以达到极大的程度．绳索绕的圈数越多, 摩擦力也就越大．摩擦力增长的规律是: 如果因数按照算术级数加多, 摩擦力就按照几何级数增长．18 世纪, 著名数学家欧拉曾经确定了摩擦力跟绳索绕在桩子上的圈数之间的关系．我现在把欧拉的有用的公式引在下面, 给那些不怕简洁的代数语言的读者参考: F＝fe ka古时候用来系船的是麻绳和木桩, 在这两种东西之间, 摩擦系数k 的数值更大, 所以所需要的力简直小得可笑．只要绳索够牢, 吃得住拉力, 就是力气小的孩子, 把它套在桩上绕三四圈以后, 也能同样立下这个儒勒·凡尔纳小说里的大力士所立的功劳, 或者还能胜过他哩．【练1】 体操、投掷、攀岩等体育运动都不能缺少的“镁粉”, 它的学名是碳酸镁. 体操运动员在上杠前都要在手上涂擦“镁粉”, 其目的是 ( )A. 仅仅是为了利用“镁粉”吸汗的作用, 增加手和器械表面的摩擦而防止打滑B. 仅仅是为了利用手握着器械并急剧转动时, “镁粉”能起到衬垫作用, 相当于在中间 添加了一层“小球”做“滚动摩擦”C. 仅仅是为了利用“镁粉”填平手掌的褶皱和纹路, 使手掌与器械的接触面增大, 将握 力变得更加实在和均匀D. 上述各种功能都具有【答案】D【练2】 (多选) 放在水平地面上重 80N 的小车, 受到15N 的水平向东的拉力, 向东做匀速直线运动, 当拉力增大到 20N 时, 下列说法正确的是 ( )A. 小车受到的摩擦力为 80NB. 当拉力为15N 时, 小车受到的合力大小为 0NC. 当拉力为 20N 时, 小车受到的摩擦力也为 20ND. 当拉力为 20N 时, 小车受到的合力大小为 5N【答案】BD【练3】载有货物的气球总重为 1800N. 气球所受的浮力（竖直向上托的力） 为 1600N 时, 刚好在空中沿竖直方向匀速下降. 如果空气浮力和阻力的大小保持不变, 要使气球沿竖直方向匀速上升,则应从气球的吊篮中取出重为N 的货物.【答案】400实战演练【练4】风洞实验室中可以产生方向水平、速度大小可调节的风, 用来研究处在流动气体中物体的受力情况．将一个套有木球的细直杆放入风洞实验室, 球受到的重力为G, 球在杆上运动时, 球与杆之间的滑动摩擦力跟它们之间的压力成正比, 比例系数是k. 如图甲所示, 将杆沿平行风速的方向固定, 调节风速的大小, 使球恰能沿杆匀速运动．再将杆沿竖直方向固定, 如图乙所示, 将球从杆的上端由静止释放, 保持球下滑过程中所受风力与杆处于水平方向时受到的风力大小相同, 则球下滑过程中受到的滑动摩擦力为．v 风O甲乙【答案】k 2G 受力分析, 练习列力的平衡方程风O拔河比赛只是比力气大小吗拔河比赛比的是什么？很多人会说：当然是比哪一队的力气大喽！实际上, 这个问题并不那么简单.根据牛顿第三定律（即当物体甲给物体乙一个作用力时, 物体乙必然同时给物体甲一个反作用力, 作用力与反作用力大小相等, 方向相反, 且在同一直线上）, 对于拔河的两个队, 甲对乙施加了多大拉力, 乙对甲也同时产生一样大小的拉力. 可见, 双方之间的拉力并不是决定胜负的因素.对拔河的两队进行受力分析就可以知道, 只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力, 就不会被拉动. 因此, 增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键. 首先, 穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子, 能够增大摩擦系数, 使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重, 对地面的压力越大, 摩擦力也会增大. 大人和小孩拔河时, 大人很容易获胜, 关键就是由于大人的体重比小孩大.另外, 在拔河比赛中, 胜负在很大程度上还取决于人们的技巧. 比如, 脚使劲蹬地, 在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力. 再如, 人向后仰, 借助对方的拉力来增大对地面的压力, 等等. 其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力, 以夺取比赛的胜利.。