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学案摩擦力

摩擦力

【学习目标】

物理观念

滑动摩擦力、静摩擦力

科学探究

静摩擦力的大小随拉力的变化

科学思维

能够运用假设法、公式法判断静摩擦力和滑动摩擦力方向并计算摩擦力的大小

科学态度与责任

了解静摩擦和滑动摩擦在生产、生活中的应用

【学习重难点】

1.了解静摩擦和滑动摩擦在生产、生活中的应用;

2.能够运用假设法、公式法判断静摩擦力和滑动摩擦力方向并计算摩擦力的大小

【学习过程】

一、知识纲要导引

二、基础导学

(一)滑动摩擦力(自学教材“滑动摩擦力”部分)

1.定义:

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(slidingfrictionalforce).

2.方向:

总是沿着接触面,并且跟物体的相对运动的方向相反.

3.大小

(1)结果表明:

滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比.

(2)定量关系:

Ff=μFN

μ是比例常数,叫作动摩擦因数(dynamicfrictionfactor).

(3)动摩擦因数的影响因素:

动摩擦因数的值跟接触面有关,接触面材料不同、粗糙程度不同,动摩擦因数也不同.

(二)静摩擦力(自学教材“静摩擦力”部分)

1.定义:

相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,这时的摩擦力叫作静摩擦力(staticfrictionalforce).

2.方向:

总是沿接触面,静摩擦力的方向总是跟物体相对运动趋势的方向相反.

3.大小:

两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间,即

0

4.应用:

瓶子可以拿在手中,靠的是静摩擦力的作用.皮带运输机能把货物送往高处,也是静摩擦力作用的结果.

三、思考判断

(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)静摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反.()

(4)静摩擦力的大小随外力的增大而增大.()

(5)最大静摩擦力大小略大于滑动摩擦力大小.()

(6)滑动摩擦力方向可能与物体运动的方向相同.()

(7)摩擦力的大小与正压力成正比.()

(8)只有静止的物体才能受到静摩擦力的作用.()

答案:

(1)×

(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×

四、启迪思维,突破重点

主题一:

滑动摩擦力

问题探究

探究点:

如图所示,物体A、B接触面粗糙,用水平向左的拉力F把物体B拉出.

(1)把物体B拉出的过程中,物体A受的是静摩擦还是滑动摩擦?

(2)物体A所受的滑动摩擦力可以通过弹簧秤测出来吗?

(3)物体B受几个摩擦力?

提示:

(1)A相对于B发生了相对运动,所以A受B的摩擦力为滑动摩擦力.

(2)可以.因为物体A在水平方向受两个力,弹簧秤的拉力和B对A的摩擦力,而A保持静止,所以这两个力平衡;即弹簧秤拉力的大小等于滑动摩擦力的大小.

(3)物体B的下表面与接触面都是粗糙的,B的上下表面都要受到摩擦力,即受2个摩擦力作用且都是滑动摩擦,摩擦力的方向都向右,阻碍B的运动.

探究总结

1.滑动摩擦力产生的条件

(1)两物体相互接触且有挤压.

(2)物体间的接触面粗糙.

(3)两物体间发生相对运动.

2.滑动摩擦力的大小的计算方法

(1)公式法:

根据公式F=μFN计算.

(2)二力平衡法:

根据二力平衡条件求解.

3.FN的理解

FN是指两个物体表面间的压力,称为正压力(垂直于接触面的力),是弹力,它不一定等于物体的重力,许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定.

4.μ的理解

μ是动摩擦因数,没有单位.它的数值与相互接触的两个物体的材料、接触面的粗糙程度有关,与物体的受力情况、运动状态、接触面积的大小均无关.,

知识链接:

“相对”指的是研究对象相对于与其接触的物体而言的.说得更直接一点,是相对于“摩擦面”有没有运动或运动趋势,与物体本身静止还是运动没有关系.

典例示范

例1:

关于滑动摩擦力,以下说法正确的是()

A.滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反

B.滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动

C.滑动摩擦力不可能是动力

D.滑动摩擦力跟物体的重力成正比

解析:

可通过以下表格对各选项逐一分析.

选项

过程分析

结论

A

滑动摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动,故与相对运动的方向相反,但不一定与运动方向相反

×

B

C

滑动摩擦力可以作为动力,如传送带上的物体

×

D

滑动摩擦力与物体间的正压力成正比,正压力不一定等于重力

×

答案:

B

例2:

一个重600N的物体放在水平地面上,要使它从原地移动,最小要用190N的水平推力,若移动后只需180N的水平推力即可维持物体匀速运动,那么:

(1)物体与地面间的最大静摩擦力有多大?

(2)物体与地面间的滑动摩擦力有多大?

(3)当用250N的水平推力使物体运动后,物体受到的摩擦力有多大?

解析:

(1)由最大静摩擦力的定义可知Ffmax=190N.

(2)由二力平衡知识知滑动摩擦力Ff=180N.

(3)因μ和接触面间的弹力都未变,故物体受到的摩擦力仍为180N.

答案:

(1)190N

(2)180N(3)180N

易错提醒:

(1)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=μFN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.

(2)公式F=μFN中的FN是物体接触面之间的正压力,不一定等于物体的重力G.要根据物体的受力来确定.

拓展:

(1)在[例2]中,若物体原来处于静止状态,当对物体施加200N的水平拉力时,物体所受摩擦力多大?

属于何种摩擦力?

(2)试求上题中物体与水平面间的动摩擦因数μ.

解析:

(1)由于F拉=200N>Ffmax=190N,故物体将运动起来,所受摩擦力为滑动摩擦力,Ff=180N.

(2)由Ff=μFN得μ=

=0.3.

答案:

(1)180N

(2)0.3,

滑动摩擦力阻碍物体间的相对运动,不一定阻碍物体的运动.滑动摩擦力既可以是动力也可以是阻力.

训练1:

如图所示,轻质弹簧的劲度系数k=20N/cm,用其拉着一个重力为200N的物体在水平面上运动,当弹簧的伸长量为4cm时,物体恰在水平面上做匀速直线运动,求:

(1)物体与水平面间的动摩擦因数.

(2)当弹簧的伸长量为6cm时,物体受到的水平拉力为多大?

这时物体受到的摩擦力为多大?

(3)如果在物体运动过程中突然撤去弹簧,而物体在水平面上能继续滑行,这时物体受到的摩擦力为多大?

解析:

(1)由Ff=kx=μFN=μG知μ=

=0.4.

(2)水平拉力F=kx′=20×6N=120N,此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,所以F

=μG=0.4×200N=80N.

(3)由于物体仍能滑行,所以物体所受的滑动摩擦力大小和方向不变,大小仍为80N.

答案:

(1)0.4

(2)120N;80N(3)80N

主题二:

静摩擦力

问题探究

探究点:

仔细观察、体验下列甲、乙两图.

(1)如图甲所示,小孩推箱子的过程说明什么问题?

(2)如图乙所示,手中握着的水瓶与手之间的摩擦力大小是多少?

提示:

(1)①小孩开始推不动箱子是因为箱子与地面之间存在摩擦力;②小孩的推力在增大,但还是没有推动箱子,由于木箱处于平衡状态,说明静摩擦力会随外力的增大而增大;③当小孩的推力达到一定程度后箱子被推走了,说明静摩擦力是有极限的,不会无限增大.

(2)因为瓶子没有动,处于平衡状态,竖直方向受重力、摩擦力两个力作用,故摩擦力大小等于重力.

知识链接:

易混淆的“三个方向”

(1)运动方向.

(2)相对运动方向.

(3)相对运动趋势的方向.

探究总结

1.静摩擦力产生的条件

(1)两物体的接触面是粗糙的.

(2)两物体存在相对运动趋势.

(3)两物体在接触面上有压力(弹力).

2.静摩擦力的方向

(1)沿着接触面,并且跟物体间相对运动趋势的方向相反.

(2)跟物体运动的方向可能相同,也可能相反.

3.静摩擦力的大小

(1)大小的范围:

0

(2)计算:

物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时,根据二力平衡条件求解.

(3)最大静摩擦力:

最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力,一般情况下为分析问题方便,可认为二者相等.

知识链接:

不能认为受静摩擦力的物体一定静止,运动的物体之间也可能存在静摩擦力.

典例示范

例3:

(多选)如图所示,A、B叠放在水平面上,水平力F作用在A上,使二者一起向左做匀速直线运动,下列说法正确的是()

A.A、B之间无摩擦力

B.A受到的摩擦力水平向右

C.B受到A的摩擦力水平向左

D.地面对B的摩擦力为静摩擦力,水平向右

解析:

对A物体,由于A匀速运动,由二力平衡可知,B对A的摩擦力必与F等大反向,故A错误,B正确;对B物体,由力的作用的相互性,B对A的摩擦力一定与A对B的摩擦力等大反向,故B受到A的摩擦力水平向左,故C正确;对A、B整体分析,由于A、B一起向左匀速运动,则地面对B的摩擦力一定为滑动摩擦力,且水平向右,故D错误.

答案:

BC

方法技巧

静摩擦力有无及方向的判断方法

(1)平衡条件法:

当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向.

(2)假设法:

利用假设法进行判断时,可按以下思路进行分析:

例4:

质量为2000kg的汽车因故障停在水平柏油马路上,轮胎与路面间的动摩擦因数为0.71,用大小为310N的水平力推汽车但没有推动,则汽车所受的摩擦力大小为()

A.30N

B.186N

C.300N

D.310N

解析:

由二力平衡可知,静摩擦力大小与外力大小相等为310N.

答案:

D

训练2:

下列关于静摩擦力的说法正确的是()

A.静摩擦力的方向总与物体的运动方向相反

B.静摩擦力的大小与相应的正压力成正比

C.静摩擦力只能在物体静止时产生

D.静摩擦力的方向与接触物体相对运动的趋势方向相反

解析:

静摩擦力的方向可能与运动方向相同,也可能相反,但一定与相对运动的趋势方向相反,A错误,D正确;静摩擦力是被动力,其大小随外力变化,不一定与压力成正比,B错误;静摩擦力在相对静止的物体间产生,不一定静止,C错误.

答案:

D

训练3:

如图是研究静摩擦力的装置,弹簧测力计对物块的拉力沿水平方向.逐渐增大拉力,当拉力小于10N时,物块保持静止;等于10N时,物块恰好运动.下列分析正确的是()

A.物块受到的最大静摩擦力是10N

B.示数为5N时,物块受到的静摩擦力是10N

C.示数为15N时,物块受到的静摩擦力是10N

D.示数为10N时,物块受到的摩擦力是0

解析:

物块受重力、支持力、拉力和摩擦力,当拉力等于10N时,物块刚刚开始运动,说明最大静摩擦力为10N,故A正确;当弹簧测力计的示数为5N时,没有拉动,物块保持静止,受静摩擦力,为5N,故B错误;当弹簧测力计的示数为15N时,物块加速运动,受到滑动摩擦力,滑动摩擦力约等于最大静摩擦力,为10N,故C错误;当示数为10N时,物块受到的摩擦力是10N,故D错误.

答案:

A

知识链接:

静摩擦力大小的计算方法根据二力平衡.

五、达标检测

1.关于摩擦力与弹力的关系,下列说法正确的是()

A.有弹力一定有摩擦力

B.有摩擦力一定有弹力

C.弹力越大,摩擦力越大

D.摩擦力越大,弹力一定越大

解析:

根据摩擦力和弹力产生的特点可知,有摩擦力一定有弹力,但有弹力不一定有摩擦力,A错、B对.弹力越大,摩擦力不一定越大,同理,摩擦力越大,弹力也不一定越大,C、D错.

答案:

B

2.关于摩擦力的产生,下列说法中正确的是()

A.相互压紧的粗糙物体间一定有摩擦力

B.有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力

C.相互压紧并运动的物体间一定有摩擦力作用

D.只有相互压紧和发生相对运动(或有相对运动趋势)的物体间才可能有摩擦力的作用

解析:

要产生摩擦力,首先要有弹力,其次要接触面不光滑,还要有相对运动或有相对运动趋势,故只有D正确.

答案:

D

3.如图所示,放在固定斜面上的物体处于静止状态,物体所受静摩擦力的方向是()

A.垂直斜面向上

B.垂直斜面向下

C.沿斜面向上

D.沿斜面向下

解析:

假设斜面光滑,则物体有沿斜面下滑的运动趋势,而实际上物体静止,所以物体所受静摩擦力沿斜面向上,选项C正确.

答案:

C

4.(多选)如图所示,人在跑步机上跑步时()

A.脚受到的摩擦力是静摩擦力

B.脚受到的摩擦力是滑动摩擦力

C.脚受到的摩擦力方向与人运动的方向相反

D.脚受到的摩擦力方向与人运动的方向相同

解析:

人在跑步机上跑步时,脚和跑步机之间无相对滑动,则脚受到的摩擦力是静摩擦力,A正确、B错误;因脚相对跑步机有向后滑动的趋势,则脚受到的静摩擦力向前,即与人运动的方向相同,C错误、D正确.

答案:

AD

5.一物体置于水平粗糙地面上,按如图所示不同方法,在水平力F的作用下运动,设地面与物体各接触面的动摩擦因数相等,则物体受到的摩擦力的大小关系是()

A.Ff甲>Ff乙>Ff丙

B.Ff乙>Ff甲>Ff丙

C.Ff丙>Ff乙>Ff甲

D.Ff甲=Ff乙=Ff丙

解析:

两物体间滑动摩擦力Ff=μFN,按不同方法放置,动摩擦因数μ相等,正压力FN相同,滑动摩擦力Ff相同,D正确.

答案:

D

6.

[2019·安徽宿州高一检测]如图所示,一物体在动摩擦因数μ=0.2的水平面上向左运动,物体质量为10kg,它在运动过程中还受到一个大小为20N方向向右的拉力作用,则物体受到的摩擦力为(g取10N/kg)()

A.0N

B.20N,水平向右

C.40N,水平向右

D.20N,水平向左

解析:

摩擦力的方向与相对运动方向相反,故摩擦力的方向水平向右.根据Ff=μFN得摩擦力的大小Ff=20N.

答案:

B

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