高考物理总复习主题二相互作用与运动定律摩擦力学案新人教版.docx

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高考物理总复习主题二相互作用与运动定律摩擦力学案新人教版

2.1.3　摩擦力

学习目标

核心提炼

1.知道静摩擦力产生的条件，会用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向，知道最大静摩擦力的概念。

4个概念静摩擦力、最大静摩擦力、滑动摩擦力、动摩擦因数

1个公式滑动摩擦力F＝μFN

1种方法二力平衡法

2.知道滑动摩擦力产生的条件，会判断滑动摩擦力的方向。

3.知道动摩擦因数，能用F＝μFN计算滑动摩擦力的大小。

一、摩擦力

两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。

思维拓展

如图1甲、乙所示。

图1

（1）“三毛”为什么能拿起瓶子？

（2）“三毛”在握竿向上爬时，会受到哪些力？

提示：

（1）因为有摩擦力的缘故。

（2）三毛会受到重力、弹力和摩擦力。

二、静摩擦力与滑动摩擦力

静摩擦力

滑动摩擦力

定义

当一个物体在另一个物体的表面上只有相对运动的趋势而没有相对运动时，所受到的阻碍相对运动趋势的力

当一个物体在另一个物体表面滑动时，受到的另一个物体阻碍它滑动的力

方向

总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反

总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反

大小

两物体间的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0＜F≤Fmax

滑动摩擦力的大小跟压力成正比，即F＝μFN，μ为动摩擦因数，FN表示压力的大小

思考判断

（1）静摩擦力就是静止物体受到的摩擦力。

（×）

（2）静摩擦力方向一定与物体的相对运动趋势方向相反。

（√）

（3）静摩擦力的大小与正压力成正比。

（×）

（4）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。

（×）

（5）滑动摩擦力一定存在于两个运动的物体之间。

（×）

（6）静止的物体受到的摩擦力可能是滑动摩擦力。

（√）

　摩擦力的有无和方向的判断

[要点归纳]　

1.摩擦力与弹力的存在关系

两物体间有摩擦力时，必有弹力；而两物体间有弹力时，不一定有摩擦力。

2.静摩擦力的有无判断两法

（1）条件判断法：

接触面之间有压力、粗糙且有相对运动趋势。

（2）假设法

3.静摩擦力的方向判定两法

（1）假设法：

假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动。

从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向。

（2）状态法：

当物体受力处于平衡状态时，根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向。

4.滑动摩擦力的方向

（1）在接触面上，与接触面相切，且与物体间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。

[精典示例]

[例1]（多选）如图2所示为皮带运输机的示意图，A为传送带上的货物，则（　　）

图2

A.如果货物A随传送带一起无相对滑动地向上匀速运动，A受到沿斜面向上的摩擦力

B.如果货物A随传送带一起无相对滑动地向下匀速运动，A受到沿斜面向下的摩擦力

C.如果货物A和传送带都静止，A不受摩擦力

D.如果货物A和传送带都静止，A对传送带有沿斜面向下的摩擦力

解析　摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反，先判断物体的相对运动情况。

对A来说，有相对于传送带向下滑动的趋势，则摩擦力与相对运动趋势方向相反，即沿斜面向上，选项A正确；反之，A也给传送带摩擦力，A相对于传送带有向下的运动趋势，传送带相对于A有向上的运动趋势，则A给传送带的摩擦力方向向下，选项D正确。

答案　AD

规律总结

分析一个物体是否受到的摩擦力的方法

一看“接触”，看该物体与周围几个物体接触，最多可能有几个摩擦力。

二看接触面间是否有“压力”，是否有“相对运动”或“相对运动趋势”。

三要“分析”，综合分析物体的受力情况，结合物体的运动状态，判断物体所受摩擦力情况。

[针对训练1]A、B叠放在水平面上，水平力F作用在B上，使二者保持相对静止一起向右做匀速直线运动，下列说法正确的是（　　）

图3

A.A与B之间没有摩擦力

B.A受到B对它的摩擦力向右

C.B受到三个力作用

D.A给B的摩擦力向左

解析　假设A与B之间有静摩擦力的作用，无论方向向哪都不能使A保持匀速运动，所以A与B之间无摩擦力作用，选项A正确，B、D错误；B要保持匀速运动，水平面给B的滑动摩擦力与拉力F平衡，另外B还受重力、水平面的支持力和A对B的压力，共五个力作用，选项C错误。

答案　A

　摩擦力大小的计算

[要点归纳]　

1.静摩擦力的大小

（1）大小的范围：

0＜F≤Fmax。

（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。

2.滑动摩擦力公式F＝μFN的理解

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

3.滑动摩擦力大小的计算方法

（1）公式法：

由F＝μFN计算。

（2）二力平衡法：

物体匀速直线运动或静止时（有相对运动），根据二力平衡求解。

[精典示例]

[例2]（多选）在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化的规律的实验中，特设计了如图4甲所示的演示装置，力传感器A与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳与一滑块相连（调节传感器高度可使细绳水平），滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶（调节滑轮可使桌面上部细绳水平），整个装置处于静止状态。

实验开始时打开传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子，小车一旦运动起来，立即停止倒沙子，若力传感器采集的图象如图乙，则结合该图象，下列说法正确的是（　　）

图4

A.可求出空沙桶的重力

B.可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小

C.可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小

D.可判断第50s后小车做匀速直线运动（滑块仍在车上）

解析　t＝0时传感器显示拉力为2N，则滑块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为2N，由车与空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2N，A正确；t＝50s时摩擦力达到最大值，即最大静摩擦力为3.5N，同时小车启动，说明带有沙的沙桶重力等于3.5N，此时摩擦力立即变为滑动摩擦力，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故摩擦力突变为3N的滑动摩擦力，B、C正确；此后由于沙和沙桶重力3.5N大于滑动摩擦力3N，故50s后小车将加速运动，D错误。

答案　ABC

[针对训练2]水平桌面上有一个重200N的物体，与桌面间的动摩擦因数为0.2，当依次用15N、30N、80N的水平力拉此物体时，物体受到的摩擦力依次为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（　　）

A.15N、30N、40NB.15N、30N、80N

C.0、0、40ND.15N、40N、40N

解析　物体与桌面间的最大静摩擦力Ffmax＝μFN＝0.2×200N＝40N。

拉力为15N、30N时，物体静止，根据二力平衡知，静摩擦力大小分别为15N、30N；当拉力为80N时，物体滑动，为滑动摩擦力，大小Ff＝μFN＝0.2×200N＝40N，选项A正确。

答案　A

1.关于摩擦力，有人总结了“四条不一定”，其中说法错误的是（　　）

A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同

B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线

C.受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动

D.静摩擦力一定是阻力，滑动摩擦力不一定是阻力

解析　摩擦力的方向与跟它相接触的物体的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，与它的运动方向可能相同，也可能相反，也可能不在一条直线上，故选项A、B正确；运动的物体可能受静摩擦力作用，如随传送带一起加速运动的物体，受到的是静摩擦力作用，又如滑块滑过固定的木板时木板受到的是滑动摩擦力，故选项C正确；静摩擦力也可以充当动力，故选项D错误。

答案　D

2.关于动摩擦因数，下列说法正确的是（　　）

A.两接触面间压力越大，动摩擦因数越大

B.两物体间滑动摩擦力越大，动摩擦因数越大

C.两物体间的动摩擦因数与滑动摩擦力成正比，与两物体间的压力成反比

D.两物体间的动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度决定的，与滑动摩擦力和正压力无关

解析　动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度决定的，与滑动摩擦力和正压力无关，A、B、C错误，D正确。

答案　D

3.如图5所示，若小猫沿树匀速攀上和匀速下滑，它所受的摩擦力分别是F1和F2，则（　　）

图5

A.F1向下，F2向上，且F1＝F2

B.F1向下，F2向上，且F1＞F2

C.F1向上，F2向上，且F1＝F2

D.F1向上，F2向下，且F1＝F2

解析　由题意可知小猫向上、向下均做匀速运动，且小猫受重力、摩擦力作用，故二力平衡，由重力的大小和方向可推断出摩擦力总是向上的，且大小等于小猫的重力。

答案　C

4.如图6所示，将一张A4纸（质量可忽略不计）夹在创新设计内，书对A4纸的压力为3N，A4纸与书之间的动摩擦因数为0.4，要把A4纸从书中拉出，拉力至少应为（　　）

图6

A.0.6NB.1.2N

C.2.4ND.3N

解析　根据F＝μFN得，F＝1.2N，因为纸的上、下两面都要受到书对它的滑动摩擦力，所以要把纸从书中拉出，拉力至少应为2.4N，C正确。

答案　C

5.如图7所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B、A与地的动摩擦因数相同。

物体B用细绳系住，当水平力F＝32N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数。

图7

解析　B虽然静止，但A和B发生相对运动，因此A和B之间有滑动摩擦力。

由竖直方向受力平衡可知，A和B之间的正压力等于B的重力，则A和B之间的摩擦力Ff1＝μGB，A受到摩擦力阻碍A相对B向右运动，即A受到摩擦力的方向水平向左。

对A受力分析，在竖直方向上，A与地面的正压力等于A和B的重力和，则A和地面之间的摩擦力Ff2＝μ（GA＋GB），方向水平向左。

由平衡的知识可知，F＝Ff1＋Ff2。

联立有F＝μ（GA＋2GB），解得μ＝0.4。

答案　0.4

对摩擦力认识的四个误区

误区一：

误认为只有静止的物体才受静摩擦力作用，滑动摩擦力一定产生于运动的物体间

误区二：

误认为摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反

误区三：

误认为物体间的压力越大，摩擦力就越大

误区四：

误认为摩擦力一定是阻力

基础过关

1.（多选）下列说法中正确的是（　　）

A.有弹力不一定有摩擦力，有摩擦力必定有弹力

B.摩擦力的方向一定沿接触面的切线方向

C.摩擦力的大小一定与物体所受的重力大小成正比

D.摩擦力的方向总是与运动方向相反，起阻碍物体运动的作用

解析　产生摩擦力的条件是存在弹力并且有相对运动或者相对运动趋势，有摩擦力一定有弹力，但是有弹力不一定有摩擦力，因为两者之间可能没有相对运动或者相对运动趋势或接触面光滑，A正确；摩擦力的方向一定沿接触面的切线方向，B正确；静摩擦力与重力无关，滑动摩擦力与两物体接触面间的正压力有关，C错误；摩擦力方向总是与相对运动方向或者相对运动趋势方向相反，与物体运动方向无关，D错误。

答案　AB

2.自行车是很普及的代步工具，不论它的品牌如何，从自行车的结构和使用上来看，它涉及许多物理知识，下列对其认识错误的是（　　）

A.自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车处均刻有花纹，并且都使用动摩擦因数大的材料，增大了摩擦力

B.车轴处经常涂一些润滑油，以减小接触面粗糙程度来减小摩擦力

C.车轴处一般有滚珠，变滚动摩擦为滑动摩擦来减小摩擦力

D.刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力

解析　自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车处均刻有花纹，并且都使用动摩擦因数大的材料，增大了摩擦力，选项A正确；车轴处经常涂一些润滑油，以减小接触面粗糙程度来减小摩擦力，选项B正确；车轴处一般有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦来减小摩擦力，选项C错误；刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力，选项D正确。

答案　C

3.如图1所示为乘客在进入车站乘车时，将携带的物品放在以恒定速率运动的水平传送带上，使物品随传送带一起运动并通过检测仪接受检查时的情景。

当乘客将携带的物品轻放在传送带上之后，关于物品受到的摩擦力，下列说法正确的是（　　）

图1

A.当物品与传送带相对静止时，物品受到静摩擦力

B.当物品受到摩擦力作用时，摩擦力方向与物品运动方向相同

C.当物品受到摩擦力作用时，物品不一定受到弹力作用

D.由于物品相对于地面是运动的，物品一定受到滑动摩擦力

答案　B

4.装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出，如图2所示，则在匀速拖出的过程中（　　）

图2

A.材料与平台之间的接触面积逐渐减小，摩擦力逐渐减小

B.材料与平台之间的接触面积逐渐减小，拉力逐渐减小

C.平台对材料的支持力逐渐减小，摩擦力逐渐减小

D.材料与平台之间的动摩擦因数不变，支持力也不变，因而工人拉力也不变

解析　匀速拉动的过程只能持续到重心离开台面的瞬间，材料的重心在台面上，故材料对台面的压力不变，故材料受到的支持力不变，故C错误；而在拉动过程中动摩擦因数不变，由F＝μFN可知摩擦力是不变的，故A、B错误；因为材料做匀速直线运动，摩擦力不变，所以工人的拉力是不变的，故D正确。

答案　D

5.（多选）用手握住一个盛有一部分油的油瓶，油瓶始终静止处于竖直方向，如图3所示，下列说法中正确的是（　　）

图3

A.瓶中油越多，手必须握得越紧

B.手握得越紧，油瓶受到的摩擦力越大

C.不管手握得多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的

D.摩擦力的大小等于油瓶与油的总重力的大小

解析　手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶重力平衡，油瓶越重，它受到的静摩擦力越大，如果手握得不够紧，正压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶与油的总重力，油瓶就会掉下来，手握得越紧，手与瓶间的压力越大，最大静摩擦力也越大，只要最大静摩擦力大于油瓶与油的总重力，油瓶受到的静摩擦力就与油瓶和油的总重力平衡，可见选项B错误，A、C、D正确。

答案　ACD

6.木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25，夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动。

现用F＝1N的水平拉力作用在木块B上，如图4所示。

力F作用后（　　）

图4

A.木块A所受摩擦力大小是12.5N

B.木块A所受摩擦力大小是11.5N

C.木块B所受摩擦力大小是9N

D.木块B所受摩擦力大小是7N

解析　未加F时，木块A在水平方向受弹簧弹力F1和静摩擦力FfA作用，且FfA＝F1＝kx＝8N。

木块B在水平方向受弹簧弹力F2和静摩擦力FfB的作用，用FfB＝F2＝kx＝8N。

在木块B上施加F＝1N向右的拉力后，由于F2＋F＜μGB＝15N，故木块B所受摩擦力仍为静摩擦力，其大小FfB′＝F2＋F＝9N，木块A的受力情况不变，C正确。

答案　C

7.图5甲小明用60N的水平力推木箱，没推动，此时木箱受的摩擦力为F1；乙图中小明用100N的水平力恰好能推动木箱，此时木箱受的摩擦力为F2；丙图中小明把木箱推动了，此时木箱受的摩擦力为F3。

已知木箱对地面的压力为300N，木箱与地面间动摩擦因数为0.3，则F1、F2、F3的大小分别为（　　）

图5

A.60N，100N，90NB.0N，100N，300N

C.60N，100N，300ND.0N，100N，90N

解析　甲图小明用的推力F＝60N，木箱不动，木箱在水平方向受到两个力作用处于平衡状态，木箱受的摩擦力为静摩擦力，F1＝F＝60N；乙图小明用的推力F′＝100N，木箱恰好能被推动，静摩擦力达到最大值，F2＝F′＝100N；丙图小明把木箱推动了，木箱受到了滑动摩擦力的作用，F3＝μFN＝0.3×300N＝90N，故选项A正确，选项B、C、D错误。

答案　A

能力提升

8.（多选）一辆遥控玩具汽车，已知车内电动马达驱动后轮转动。

现玩具汽车的后轮、前轮分别放在平板小车甲、乙之上。

如图6所示。

按动遥控器上的“前进”、“后退”键，汽车就能前进或后退，地面与甲、乙车之间的摩擦力不计。

以下叙述正确的是（　　）

图6

A.按动遥控器上的“前进”键，乙车对前轮摩擦力向前，乙车相对地面向前进

B.按动遥控器上的“前进”键，甲车对后轮摩擦力向前，甲车相对地面向后退

C.按动遥控器上的“后退”键，甲车对后轮摩擦力向后，甲车相对地面向前进

D.按动遥控器上的“后退”键，乙车对前轮摩擦力向后，乙车相对地面向后退

解析　当按动遥控器上的“前进”键时，后轮是主动轮，顺时针转动，甲车对后轮施加一个水平向前的摩擦力，甲车会受到一个水平向后的摩擦力，所以甲车相对地面向后退，而前轮是从动轮，乙车对前轮的摩擦力向后，前轮对乙车施加向前的摩擦力，乙车相对地面向前进，A错误，B正确；同理，可分析得出C正确，D错误。

答案　BC

9.如图7所示，水平地面上堆放着原木。

关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是（　　）

图7

A.M处受到的支持力竖直向上

B.N处受到的支持力竖直向上

C.M处受到的静摩擦力沿MN方向

D.N处受到的静摩擦力沿水平方向

解析　M处的支持力方向垂直于水平地面，因此竖直向上，A正确；N处的支持力方向垂直于原木P，因此B错误；M处受到的静摩擦力方向平行于地面，C错误；N处受到的静摩擦力方向平行于原木P，D错误。

答案　A

10.一根质量为m，长为L的均匀长方体木条放在水平桌面上，木条与桌面间的动摩擦因数为μ。

现用水平力F推木条，当木条经过如图8所示位置时，桌面对它的摩擦力为（　　）

图8

A.μmgB.

μmg

C.

μmgD.上述选项均不对

解析　因为木条一直在滑动，且对桌面的压力大小总等于重力大小，所以摩擦力F＝μFN＝μmg。

故A正确。

答案　A

11.如图9所示，一轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接，物块位于水平面上。

A、B是物块能保持静止的位置中离墙壁最近和最远的点，A、B两点离墙壁的距离分别是x1、x2。

物块与地面间的最大静摩擦力为Ffm，则弹簧的劲度系数为（　　）

图9

A.

B.

C.

D.

解析　设弹簧原长为L，由胡克定律知对物块离墙壁最近的点有k（L－x1）＝Ffm，对物块离墙壁最远的点有k（x2－L）＝Ffm，联立解得k＝

，选项C正确。

答案　C

12.如图10所示，物块A放在倾斜的木板上，改变木板与水平面之间的夹角θ，发现当θ＝30°和θ＝45°时物块A所受的摩擦力大小恰好相等，则物块A与木板之间的动摩擦因数为（　　）

图10

A.

B.

C.

D.

解析　θ＝30°时物块处于静止状态，静摩擦力和重力沿斜面向下的分力相等，即Ff＝mgsin30°。

当θ＝45°时物块沿斜面下滑，滑动摩擦力为Ff＝μFN＝μmgcos45°，

由mgsin30°＝μmgcos45°，解得μ＝

。

答案　B

13.质量为2kg的物体，静止在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。

现给物体一水平拉力，（g取10m/s2）问；

（1）当拉力大小为5N时，地面对物体的摩擦力是多大？

（2）当拉力大小为12N时，地面对物体的摩擦力是多大？

（3）此后若将拉力减小为5N（物体仍在滑动），地面对物体的摩擦力是多大？

（4）若撤去拉力，在物体继续滑动的过程中，地面对物体的摩擦力是多大？

解析　物体所受滑动摩擦力（最大静摩擦力Fmax）大小为

F＝μFN＝μmg＝0.5×2×10N＝10N。

（1）当拉力F1＝5N时，F1＜Fmax，拉不动物体，物体将静止，由二力平衡可知F静＝F1＝5N。

（2）当拉力F2＝12N时，F2>Fmax，物体要滑动，

F滑＝F＝10N。

（3）当拉力从12N减小为5N时，物体仍在滑动，故

F滑′＝F＝10N。

（4）当拉力撤去后，由于继续滑动，物体仍受滑动摩擦力作用，F滑″＝F＝10N。

答案　

（1）5N　

（2）10N　（3）10N　（4）10N