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第三节摩擦力
第4章
“魔术秋千”是在离地面很高的地方,梁上挂一个秋千.……
要点链接
1.质点参考系和坐标系▼
物体和质点
参考系
坐标系
2.时间和位移▼
时刻和时间间隔
路程和位移
矢量和标量
直线运动的位置和位移
3.运动快慢的描述——速度▼
坐标与坐标的变化量
速度
平均速度和瞬时速度
位移时间关系图像
4.▼
5.▼
读图探新读图究理探源知新
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
第三节摩擦力
冬天大雪过后,路面上的积雪被车辆和行人踩踏成薄薄的一层冰,这时候路上行人步履艰难,不管骑车还是步行,一不留神就会摔倒,连汽车也是开得小心谨慎,有经验的司机师傅这时为什么要给车轮安装铁链呢?
如图所示。
请你跟同学合作,把两本书一页一页地交叉对插,然后,各抓住一本书的书脊用力对拉,如图所示,体会一下,平时随手即可挪动的两本书,竟会变得像被强力胶粘在一起似的,难舍难分。
什么力有这么神奇的作用?
教材解析自主学习轻松掌握
知识全解·吃透教材
知识点1动摩擦力
1、定义
滑动摩擦力是当两个物体彼此接触和挤压,并发生相对滑动时,在接触面上产生的一种阻碍相对滑动的力。
2、产生条件:
(1)物体直接接触;
(2)接触面粗糙
(3)接触面间有压力
(4)有相对运动
值得注意的是,要产生滑动摩擦力,上述四个条件必须同时满足,缺一不可。
3、方向:
滑动摩擦力的方向总是跟接触面相切、并且跟物体相对运动的方向相反。
4、滑动摩擦力的大小:
公式
。
是动摩擦因数,
的大小由相互接触的两个物体的材料与粗糙程度。
(如表面干燥与否、表面是否光滑)等因素决定,
无单位。
FN是压力,也就是一个物体对另一个物体表面的垂直作用力(称为正压力),性质上属于弹力。
它不是物体的重力,许多情况下需结合物体的平衡条件加以确定。
滑动摩擦力的大小与接触面积及物体的运动状态无关。
计算滑动摩擦力大小的关键是确定压力FN。
实验与探究:
教材P72
结论:
随着压力N的增大,拉力T的大小增大,但T/N的大小不变,这说明滑动摩擦力的大小与压力N成正比。
.【例1】有一个人在雪地里拉着两个雪橇,为了省力,他将两个雪橇摞在一起,然后再拉,我们研究一下,这个人的目的能达到吗?
分析:
本题主要考察决定滑动摩擦力大小的因素和计算滑动摩擦力的方法,滑动摩擦力的大小只与两接触面间的压力和光滑程度有关。
如图所示,比较F1和F2哪个大即可,设两个雪橇的重力分别是G1和G2,与接触面间的动摩擦因数为
,第一种情况,压力N1=G1,
,
;第二种情况,压力
。
答案:
不能省力
知识点2静摩擦力
1、定义:
当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生相对滑动,但有相对滑动趋势时,接触面上会产生一种阻碍相对滑动的力,这种力较叫做静摩擦力。
2、产生条件:
(1)物体直接接触;
(2)接触面粗糙;(3)接触面间有压力;(4)有相对运动的趋势。
3、方向:
跟接触面相切,且跟物体相对运动趋势的方向相反。
其中,相对运动趋势的方向就是假设没有摩擦时物体相对运动的方向,通常可用假设法进行判断。
4、静摩擦力的大小:
静摩擦力的大小具有不确定性和被动性,静摩擦力的大小随推力的增大而增大,所以说静摩擦力的大小由外部因素决定。
静摩擦力所能达到的最大值fm叫做最大静摩擦力。
故静摩擦力大小的取值范围是0≤f≤fm.静摩擦力没有计算公式,在达到最大静摩擦力之前,静摩擦力的大小随外力及物体的运动状态的变化而变化,而与压力FN无关,只有最大静摩擦力才和正压力成正比。
在实际问题中,静摩擦力的大小一般应根据物体的受力和运动状态来确定。
目前,可根据初中二力平衡的知识求解静摩擦力。
最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,有些情况下可以认为最大静摩擦力约等于滑动摩擦力。
讨论与交流:
教材P74
提示:
假设斜面光滑,木块将要下滑,所以静止在斜面上的物体具有沿斜面下滑的趋势,受到斜面静摩擦力作用。
实验与探究:
教材P75
提示:
从演示中不难看出,物体所受的最大静摩擦力(刚好使物体滑动时测力计的示数)与压力(大小等于物体的重力)成正比。
例2:
下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中正确的是()
A、静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
B、静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同
C、静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直
D、静止物体所受的静摩擦力一定为零
解析:
静摩擦力的方向是与物体的相对运动趋势相反而不一定与物体运动方向相反。
例如依靠静摩擦力作动力的物体,其摩擦力方向与物体运动方向相同。
人走路就是靠静摩擦力向前运动的,人受的静摩擦力方向与人前进(运动)方向相同。
有时静摩擦力的方向也可以与运动方向垂直,如人在竖直上升的电梯里推木箱,没推动,木箱受的静摩擦力与运动方向垂直。
答案:
C
知识点3摩擦力的存在及方向的判断
静摩擦力与滑动摩擦力的方向总跟接触面相切,并跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反。
判断摩擦力方向的具体程序是:
(1)选取研究对象(即受摩擦力作用的物体);
(2)选与研究对象接触的物体为参考系;(3)找出研究对象相对于参考系的运动或运动趋势方向;(4)确定摩擦力的方向。
1、假设法:
假设接触面光滑,看物体会怎样相对滑动,以判断物体间的相对运动趋势从而判断摩擦力的方向。
如图所示,一架立在墙角的梯子保持静止,如果墙角光滑,梯子会滑下来,因此它相对墙A有向右滑的趋势,故它受到的静摩擦力与相对运动趋势相反,在A处是向左的,在B处是向上的,如图所示。
2、根据物体的运动状态来分析。
假设接触的地方存在(或没有)摩擦力,看物体能否保持原状态。
如图所示,用力F拉B,但A、B和C都对地静止,求A、B和C各受几个摩擦力,方向向哪?
对A来说,与它接触的只有B,如果B对A有摩擦力,A必不能保持静止状态,故A、B之间不存在摩擦力。
分析B,它受到向右的拉力而静止,由平衡条件知,它必定还受到向左的摩擦力,这个力只能是C给它的。
对C分析,它和B、地接触,B对它有向右的静摩擦力,而它保持静止,它一定还受到地对它向左的静摩擦力,因此A不受摩擦力,B受一个摩擦力,C受两个摩擦力。
例3、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
分析:
根据二力平衡或假设法判断B对A的摩擦力;再把A、B当成整体分析,根据二力平衡或假设法分析地面对B的摩擦力。
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等值反向,故A错,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AB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
知识点4摩擦力大小的计算
1、滑动摩擦力的大小
用力拉一重物在冰面上匀速滑动时感觉不费劲,换到粗糙接触面匀速滑动就费力气,这说明接触面不同,滑动摩擦力大小也不同,其区别取决于接触面间的粗糙程度,用动摩擦因数
表示接触面的粗糙程度。
若在匀速拉动一物体的过程中,在往其上叠加一物体,则需要更大的拉力,这说明滑动摩擦力比原来大了,可见滑动摩擦力的大小与两物体间的弹力N有关。
综合以上分析,可知滑动摩擦力f与
和N成正比,其数学表达式为:
。
提示:
(1)公式
中N是两个物体表面间的压力,成为正压力(垂直于接触面)性质上属于弹力,它不是物体的重力,许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定。
(2)
的大小由相互接触的两个物体的材料特性与表面状况(如表面干燥与否、表面是否光滑)等因素决定,与两物体间的压力及是否发生相对滑动无关,
没有单位。
(3)当物体沿平面滑动时,滑动摩擦力的大小与物体间相对运动的速度大小无关。
只要出现相对滑动,滑动摩擦力恒为
。
2、静摩擦力的大小
(1)大小:
0≤f≤fm
(2)计算:
根据受力情况和二力平衡条件确定,大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力。
(3)最大静摩擦力
为最大静摩擦因数,最大静摩擦力
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。
细节提示:
(1)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。
(2)静摩擦力可以是阻力,也可以充当动力,如人跑步时地面给人的静摩擦力就是动力,传送带上的物体随传送带一起动,静摩擦力也是动力。
(3)最大静摩擦力一般比滑动摩擦力大些,但有时认为二者是相等的。
例4、重2000N的木箱静止置于水平地面上,木箱与地面间的最大静摩擦力为600N,动摩擦因数是0.25。
现用50N、500N、1000N的水平推力推木箱,木箱受到的摩擦力分别为多大?
解析:
(1)当施加的水平推力
或
时,由于
、
均小于600N,故木箱不动,木箱受静摩擦力作用,由二力平衡条件知:
当推力为
时,摩擦力
;当推力为
时,木箱仍处于静止状态,摩擦力
。
(2)当对木箱施加1000N的推力时,由于
,木箱被推动,木箱受滑动摩擦力的作用,这种情况下,摩擦力为
。
由此可见,最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
先用50N、500N的水平推力推木箱,木箱并没有动,一旦木箱滑动了,且小于最大静摩擦力的力,可以使木箱继续滑动。
答案:
50N500N500N
揭示规律·小试身手
方法点拨:
计算滑动摩擦力的方法有两种:
(1)公式法
(2)二力平衡法
变式训练
1.重力为20N的物体在水平桌面上滑动,滑动时受到的摩擦力为4N,则物体与桌面间动摩擦因数是多少?
1.0.2解析:
根据滑动摩擦力的计算式
可得:
=f/N。
因此只要知道物体所受的滑动摩擦力f和物体对支持面的正压力N的大小,便能计算出接触面间的动摩擦因数。
但必须清楚:
=f/N只是
的计算式。
的决定因素不是f。
因为f=4N,由二力平衡知识得
而支持面对物体支持力
与物体对支持面正压力N大小相等,即
所以
即物体与桌面间的动摩擦因数为0.2
方法点拨:
静摩擦力的大小与压力无关,由使物体发生相对运动趋势的力来决定,但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。
2、如图所示,水平面上放一静止木箱,当甲生用水平推力F推时,此物体静止不动,乙生用2F水平力推木箱仍未动,丙生加大推力到一值Fm时,木箱恰要滑动。
计算三种情况木箱所受的静摩擦力大小,试根据以上结论,讨论地面对物体的静摩擦力的大小与哪些因素有关?
总结计算方法。
解析:
当人用水平力F推时,木箱静止不动,这说明静摩擦力的大小等于F;当人用2F的水平力去推时,仍静止不动,此时静摩擦力的大小为2F。
可见,静摩擦力的大小随推力的增大而增大,所以说静摩擦力的大小由外部因素决定。
当人的水平推力增大到某一值Fm时,物体就要滑动,此时静摩擦力达到最大值,我们把Fm叫做最大静摩擦力,故静摩擦力的取值范围是0≤f≤fm
方法点拨:
判断静摩擦力的存在及方向时,常用二力平衡或假设法分析,求解而滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反。
3、如图所示,甲、乙、丙、丁四个质量、形状相同的斜面体放在水平面上固定不动,另有四个质量相同的小物块放在斜面顶端,已知小物块与斜面的接触面均粗糙,甲中物块匀加速下滑,乙中物块匀速下滑,丙中物块匀减速下滑,丁中物块静止在斜面上,则关于小物块受到的摩擦力及摩擦力的方向,下列说法正确的是()
A、甲、乙、丙、丁中四个物块受到的摩擦力都为滑动摩擦力
B、甲、乙、丙中物块受到的摩擦力都为滑动摩擦力,丁静摩擦力
C、甲、乙、丙、丁中四个物块受到的摩擦力的方向均沿斜面向上
D、甲、乙、丙中物块受到的摩擦力方向均沿斜面向上,丁中物块所受的摩擦力方向沿斜面向下
答案:
BC
甲、乙、丙中三物体相对于斜面体均向下运动,所以受到的均为滑动摩擦力且方向沿斜面向上;丁中物体静止在斜面上,在重力作用下有向下滑的趋势,受到方向沿斜面向上的静摩擦力。
整合提升突破难点深化理解
要点归纳·整合提升
要点3胡克定律的理解与应用
例3、(2009河南洛阳高一考试)如图所示,一根轻弹簧,其自由端B在未悬挂重物时,正对刻度尺的0刻度线,挂上100N重物时,正对刻度尺20cm的刻度线。
那么该弹簧的劲度系数k=____N/m,当挂上150N的重物静止时,自由端B对应刻度尺________cm的刻度线;如果自由端B对应刻度尺18cm的刻度线,那么弹簧上挂______N的重物。
点拨:
根据胡克定律列出方程,改变悬挂重物的重力,伸长量变化,这样可以列出两个方程,通过方程组可求出弹簧原长和劲度系数。
解析:
设弹簧的原长为L0,劲度系数为k。
弹簧自由端B在末悬挂重物时处于原长状态。
当挂上100N的物体时,由题意可知,弹簧伸长了20cm,根据胡克定律得弹簧的劲度系数
即学即练·触类旁通
变式训练
1.如图所示,一辆汽车沿着马路由A地出发经B、C地到达D地,……
1.路程是1800m,位移是2200m.
解析:
位移大小是始末位置间的直线距离……
回顾小结
一、要点概览
二、易错点警示
路程和位移的区别
【例1】A、B、C三个物体同时同地出发做直线运动,……
错解:
错因分析:
审题时忽略了三物体在做直线运动……
正解:
思路分析:
首先明确物体在做直线运动……
优化创新训练
一、基础过关
1.
二、能力挑战
三、拓展思维
四、高考在线
优化创新训练参考答案及点拨
一、基础训练
1
二、提升训练
三、拓展思维
四、中考在平时
本章知能整合与专题突破
知识网络→提纲挈领一览无余
专题突破系统归纳提升智能
综合讲解·各个击破
专题1描述运动物理量的几个概念的区别与联系
(1)时间与时刻的区别于联系.
……
【例1】A、B、C三个物体同时同地出发做直线运动,……
分析:
由题意,先明确A、B、C三个物体都在做直线运动……,
答案:
(1)B
(2)A(3)A
点评:
此题运用x-t图象解决位移、路程、平均速度、平均速率的问题.……
自我测评·及时反馈
变式训练
1.下图是某质点运动的速度图像,……
1.BC解析:
分析平均速度:
……
思想方法→方法科学事半功倍
思维创新·游刃有余
一、理想模型法
以研究目的为出发点,突出问题……
……
……
【例1】关于质点,下列说法中正确的是()
……
分析:
深刻理解质点的概念和物体能看作质点的条件是解题关键.……,
答案:
AD
点评:
不要误认为很大的物体可视为质点,……
方法实践·学练结合
变式训练
1.下列说法正确的是()
……
1.CD解析:
在所研究的问题的问题中,……
拓展阅读
骑马旅行和风洞
300多年前,《堂吉诃德》的作者塞万提斯在描写……
……
第X章同步检测试题
一、选择题
1、下列说法中正确的是()
A、体积、质量都极小的物体都能看成质点
B、当研究一列火车全部通过桥所需的时间时,因为火车上各点的运动相同,所以可以把火车视为质点
C、研究自行车的运动时,因为车轮在转动,所以无论研究哪方面,自行车都不能视为质点
D、各部分运动状态完全一致的物体可视为质点
2、在下列各运动中,可以当作质点的有()
A、做旋转动作的体操运动员
B、远洋航行中的巨轮
C、转动着的螺旋桨
D、绕地球运动的卫星
……
……
第X章同步检测试题参考答案及解析
1、D解析:
物体是否可以视为质点的条件是:
⑴物体的大小、形状对研究的问题的影响可以忽略时;⑵平动的物体(各部分运动状态完全一致的物体)。
……
必修X学分考试达标试卷
教材习题参考答案及解析
第一章运动的描述
第2节时间和位移
教材16页练习
1.A.8点42分指时刻,8分钟指一段时间……
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- 三节 摩擦力
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