2019-2020年高中物理教科版必修1教学案：第二章 第4节 摩 擦 力(含解析)

2019-2020年高中物理教科版必修1教学案：第二章第4节摩擦力(含解析)1．两个相互接触并互相挤压的物体发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力叫做摩擦力。

2．摩擦力包括静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。

3．摩擦力产生的条件：(1)接触面粗糙；(2)两个物体之间有弹力；(3)有相对运动或相对运动趋势。

这三个条件缺一不可，必须同时满足才能产生摩擦力。

4．滑动摩擦力的大小：f＝μN。

5．静摩擦力的大小范围：0＜f≤f max。

静摩擦力与正压力无关，最大静摩擦力f max∝N。

一、滑动摩擦力1．摩擦力两个相互接触并发生挤压的物体之间产生的阻碍相对运动的力。

2．滑动摩擦力两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对运动时，每个物体的接触面上都会受到对方作用的阻碍相对运动的力。

3．滑动摩擦力的大小(1)规律：滑动摩擦力的大小与正压力成正比。

(2)公式：f＝μN，其中μ叫做动摩擦因数，它是两个力的比值，没有单位。

(3)作用效果：总是阻碍物体间的相对运动。

4．滑动摩擦力的方向总是跟物体的接触面相切，并且跟它们相对运动的方向相反。

二、静摩擦力1．定义两个彼此接触且相互挤压的物体之间没有发生相对滑动，但它们之间存在相对运动的趋势时，在它们的接触面上产生的一种阻碍物体间发生相对运动的力。

2．方向总是与接触面相切并且与物体间相对运动趋势的方向相反。

3．效果阻碍物体间的相对运动的趋势。

4．大小范围0＜f≤f max，f max为最大静摩擦力，f由物体的运动状态及外界对它的施力情况决定。

1．自主思考——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。

(√)(4)静摩擦力就是静止物体受到的摩擦力。

(×)(5)静摩擦力方向一定与物体的运动方向相反。

(×)(6)静摩擦力的大小与正压力成正比。

(×)2．合作探究——议一议(1)用力将黑板擦(毛较长)在黑板上滑动，观察毛刷的弯曲方向。

如图2-4-1所示，毛刷为什么向后弯曲？图2-4-1[提示]因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿板面，与板擦运动方向相反。

(2)若物体受到摩擦力作用，则一定受弹力作用吗？[提示]一定。

产生摩擦力的条件是：两个物体接触且挤压；发生相对运动或具有相对运动趋势；接触面粗糙。

所以受到摩擦力时一定受到弹力作用。

(3)如图2-4-2所示，跑步时，脚受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？方向如何？图2-4-2[提示]跑步时，脚和地面接触的时间内，脚并没有和地面发生相对运动，因此脚受到的摩擦力为静摩擦力，方向和人的运动方向相同。

静摩擦力的有无及方向判断1．产生的条件(1)两物体直接接触且挤压。

(2)接触面是粗糙的。

(3)两物体有相对运动的趋势。

2．对“相对静止”的理解有静摩擦力作用的两物体是“相对静止”的，即这两个物体互为参考系时是静止的，而以其他物体为参考系时并不一定静止，所以一个物体受到静摩擦力作用时并不一定静止，也有可能是运动的。

3．判断静摩擦力有无的方法(1)假设法(2)平衡条件法：根据二力平衡的条件判定。

4．静摩擦力的大小(1)静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力的大小。

两物体间的静摩擦力f在0和最大静摩擦力f max之间，即0<f≤f max。

(2)f max为最大静摩擦力，大小等于物体刚要发生相对运动时所需要的沿相对运动趋势方向的最小外力。

其值略大于滑动摩擦力，有时认为二者相等。

(3)静摩擦力的大小与正压力无关，但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。

[典例]判断图2-4-3中物体A是否受摩擦力作用(A和B相对静止)？若有，判断物体A受的摩擦力沿什么方向？图2-4-3[解析]甲图所示情况，物体A处于静止状态，假设物体A受静摩擦力作用，根据二力平衡可知，物体A的平衡状态被破坏，因此假设是错误的，故在甲图情况下物体A不受摩擦力作用。

乙图所示情况，物体A也处于平衡状态，由于物体A受向右的力F的作用，由二力平衡可知，物体A 一定受向左的静摩擦力作用。

丙图所示情况，用力F拉水平地面上的物体B，物体B及其上面的物体A保持相对静止做匀速直线运动，假设物体A受静摩擦力作用，根据二力平衡可知，物体A的平衡条件被破坏，因此假设是错误的，故在丙图情况下物体A不受摩擦力作用。

丁图所示情况，由于物体A做匀速直线运动，说明物体A在水平方向上受力平衡，根据二力平衡可知，物体A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用与F相平衡，静摩擦力的方向与运动方向相反，即向左。

[答案]甲、丙图中物体A不受摩擦力作用；乙、丁图中物体A受摩擦力作用，摩擦力的方向都向左。

(1)采用假设法判断摩擦力是否存在的关键是假设接触面光滑，然后分析研究对象的运动情况。

(2)对于相对复杂的题目，一般先分析受力简单的物体，再根据力的相互性分析与其接触物体的受力情况。

1．关于静摩擦力，下列说法中正确的是()A．两个表面粗糙的物体，只要直接接触就会产生静摩擦力B．静摩擦力总是阻碍物体的运动C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值解析：选C由于静摩擦力产生在彼此直接接触且相互挤压、接触面粗糙又有相对运动趋势的物体之间，所以A错误；静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，不能说成阻碍物体的运动，所以B错误，C正确；两物体间静摩擦力的大小随物体所受其他外力的变化而变化，因此D错误。

2．重100 N的物体，静止在粗糙的水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，当物体受到一个大小为10 N，方向水平向右的拉力作用后，水平面对物体的摩擦力大小和方向是() A．10 N，水平向左B．10 N，水平向右C．20 N，水平向左D．20 N，水平向右解析：选A物体所受滑动摩擦力大小为：f＝μN＝0.2×100 N＝20 N；当F＝10 N＜20 N＜f时，物体保持静止不动。

物体所受到静摩擦力为：f′＝F＝10 N，方向水平向左；故A正确，静maxB、C、D错误。

3．运动员用双手握住竖直的竹竿匀速攀上和匀速滑下，他所受到的摩擦力分别是f1和f2，那么()A．f1向下，f2向上，且f1＝f2B．f1向下，f2向上，且f1＞f2C．f1向上，f2向上，且f1＝f2D．f1向上，f2向下，且f1＝f2解析：选C运动员无论匀速攀上还是匀速滑下，其相对于竿都具有向下的相对运动趋势，所以受到向上的静摩擦力，其大小等于运动员重力的大小。

滑动摩擦力的理解及其计算1．滑动摩擦力的产生条件(1)两物体直接接触且在接触面上存在压力。

(2)接触面粗糙。

(3)物体间有相对运动。

2．滑动摩擦力的方向(1)可能与物体的运动方向相同，也可能与物体的运动方向相反。

(2)判断滑动摩擦力方向的基本步骤3．滑动摩擦力的大小(1)f的大小与N成正比，与物体的运动状态无关。

(2)动摩擦因数μ与接触面的粗糙程度和材料有关，与物体间的压力、相对运动的速度及接触面的大小均无关。

(3)N是物体与接触面间的正压力，不一定等于物体的重力，求N要根据物体受力情况而定。

[典例]如图2-4-4所示，一个M＝2 kg的物体放在μ＝0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一个m0＝0.1 kg的小桶相连。

已知M的最大静摩擦力f m＝4.5 N，滑轮上的摩擦不计，g＝10 N/kg，求在以下情况中，M受到的摩擦力的大小。

图2-4-4(1)只挂m0，处于静止状态时；(2)只挂m0，但在M上再放一个M′＝3 kg的物体时；(3)只在桶内加入m1＝0.33 kg的砂子时；(4)只在桶内加入m2＝0.5 kg的砂子时。

[思路点拨][解析](1)因为m0g＝1 N＜f m，M处于静止状态，所以受静摩擦力作用，由二力平衡得f1＝m0g＝1 N；(2)在M上再放一个M′＝3 kg的物体，M仍静止，故受静摩擦力f2＝f1＝m0g＝1 N；(3)因为(m0＋m1)g＝4.3 N＜f m，故M处于静止状态，所受静摩擦力f3＝(m0＋m1)g＝4.3 N；(4)因为(m0＋m2)g＝6 N＞f m，故物体M运动，受到滑动摩擦力作用，由公式知f4＝μN＝μMg ＝4 N。

[答案](1)1 N(2)1 N(3)4.3 N(4)4 N在求解摩擦力大小时，一定要分清是求静摩擦力还是求滑动摩擦力。

f＝μN只适用于滑动摩擦力的计算，静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定。

1.如图2-4-5所示，汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动，车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动。

下列判断正确的是()图2-4-5A．若v1＜v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力B．若v1＜v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力C．若v1＞v2，货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D．若v1＞v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力解析：选B若v1＜v2时，货物向右滑动，货物A受到汽车B所施加的向左的滑动摩擦力，汽车B受到货物A所施加的向右的滑动摩擦力，选项A错误，选项B正确；若v1＞v2时，货物A 相对汽车B向左滑动，受到汽车B所施加的向右的滑动摩擦力，汽车B受到货物A所施加的向左的滑动摩擦力，故选项C、D错误。

2.如图2-4-6所示，一重为40 N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13 N，F2＝6 N，已知木块与地面间的动摩擦因数为0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：图2-4-6(1)木块受到的摩擦力的大小和方向；(2)当只将F1撤去时，木块受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木块受到的摩擦力的大小和方向。

解析：当木块运动时受到的滑动摩擦力为f滑＝μN＝μG＝0.2×40 N＝8 N，故木块受到地面的最大静摩擦力为8 N。

(1)加上F1、F2后，F1和F2相当于一个方向向右的F＝F1－F2＝7 N的力，由于F小于最大静摩擦力，故木块处于静止状态，则木块受到地面静摩擦力的作用，大小为7 N，方向水平向左。

(2)由于F2小于最大静摩擦力，故木块仍保持静止。

由二力平衡知识知，木块受到的静摩擦力大小为6 N，方向水平向右。

(3)撤掉F2后，由于F1大于最大静摩擦力，则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小为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1．(多选)下列关于摩擦力的说法，正确的是()A．作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速B．作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速，不可能使物体减速C．作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使物体加速D．作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速解析：选CD摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能与物体运动方向相反，但一定是与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反。