新教材人教版必修第一册 32 摩擦力 学案.docx
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新教材人教版必修第一册32摩擦力学案
2.摩擦力
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1.知道滑动摩擦力、静摩擦力的定义。
2.理解滑动摩擦力、静摩擦力的产生条件。
3.会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小。
4.理解最大静摩擦力的概念。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点1 滑动摩擦力
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。
2.方向:
总是沿着__接触面__,并且跟物体__相对运动__的方向相反。
3.大小
(1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成__正比__,还跟接触面的粗糙程度、材质等有关。
(2)公式:
Ff=__μFN__。
(3)动摩擦因数μ:
它的值跟两接触面的__材料__和__粗糙程度__有关。
动摩擦因数μ=__
__,Ff在接触面内且与相对运动方向__相反__,FN与接触面__垂直__。
知识点2 静摩擦力
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__时,这时的摩擦力叫作静摩擦力。
2.方向:
总是沿着__接触面__,跟物体__相对运动趋势__的方向相反。
3.最大静摩擦力:
静摩擦力有一个最大值Fmax,在数值上等于物体__即将开始运动__时的拉力。
4.静摩擦力的大小:
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 预习自测 『判一判』 (1)一个物体在另一个物体表面滑动时,一定产生摩擦力。 ( × ) (2)摩擦力一定作用于两个相互接触的物体之间。 ( √ ) (3)静止的物体受到的摩擦力一定是静摩擦力。 ( × ) (4)运动的物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力。 ( × ) (5)摩擦力一定是阻力。 ( × ) 『选一选』 (2019·甘肃省兰州一中高一上学期期中)下列情景中,物体M所受摩擦力Ff的示意图正确的是( B ) 解析: 物体静止在粗糙水平面上,但没有相对运动或相对运动趋势,则没有摩擦力,故A错误;汽车停在斜坡上,由于有下滑趋势,因此受到沿着斜坡向上的静摩擦力,故B正确;物体虽贴着竖直墙面,但由于自由下落,因此与竖直墙面没有压力,则没有摩擦力,故C错误;瓶子被握在手中处于静止状态,依据平衡条件,则瓶子受到的静摩擦力与重力平衡,方向竖直向上,故D错误。 故应选B。 『想一想』 如图甲、乙、丙所示,质量为2kg的木块在不同水平拉力作用下,均向右做匀速直线运动。 (1)以上三图中的木块除了受到水平拉力外,水平方向还要受到一个什么力? 你能根据二力平衡确定这个力的大小吗? (2)以上三图中木块受的摩擦力方向向哪? 滑动摩擦力的方向与相对运动方向有何规律? (3)比较甲、乙两图,表明滑动摩擦力大小与什么因素有关? 比较甲、丙两图,表明滑动摩擦力大小与什么因素有关? 答案: (1)滑动摩擦力,其大小和外力大小相等,即3.6N、6.6N、5.6N。 (2)方向均向左,其方向总与相对运动方向相反。 (3)甲、乙表明,滑动摩擦力的大小与压力大小有关;甲、丙表明,滑动摩擦力的大小与接触面间的材料有关。 课内互动探究 细研深究·破疑解难 探究 滑动摩擦力 ┃┃情境导入__■ 甲图中物体与地面“一动一静”,乙图中物体与传送带“一慢一快”,丙图中物体与传送带“一左一右”。 若各接触面均粗糙,试分析图中物体是否受摩擦力;若存在摩擦力,分析摩擦力的方向。 提示: 甲图中物体受到向左的滑动摩擦力;乙、丙图中物体均受到向右的滑动摩擦力。 ┃┃要点提炼__■ 1.滑动摩擦力的产生条件 两物体 缺一不可 2.滑动摩擦力的方向 (1)在接触面上,与接触面相切,且与物体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。 例如: 3.滑动摩擦力的大小 (1)公式法: 根据公式Ff=μFN计算。 ①正压力FN是物体与接触面间的压力,不一定等于物体的重力,FN的大小根据物体的受力情况确定。 ②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关,而与物体间的压力、接触面的大小无关。 (2)二力平衡法: 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。 特别提醒 (1)滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向”相反。 (2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动,而不是阻碍物体的运动。 ┃┃典例剖析__■ 典题1 (2019·海南省海南中学高一上学期期末)如图所示,质量为20kg的物体,沿粗糙水平地面向右运动,一水平向左的力F=10N作用于物体上,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.1,则物体所受摩擦力的大小和方向为(取g=10N/kg)( D ) A.10N,向右 B.10N,向左 C.20N,向右 D.20N,向左 思路引导: (1)滑动摩擦力的方向与相对地面滑动的方向相反。 (2)滑动摩擦力的大小Ff=μFN。 解析: 物体沿粗糙水平地面向右运动,物体对地面的压力大小FN=mg=200N,滑动摩擦力大小为f=μFN=μmg=20N,方向: 与物体相对地面的运动方向相反,即向左,故D正确。 思维升华: (1)滑动摩擦力的大小由正压力和动摩擦因数决定,与物体的运动状态、接触面积无关。 (2)滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向”相反,并不是与“运动方向”相反。 ┃┃对点训练__■ 1.(多选)(2019·山西大学附中高一上学期期中)如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸与桌布分离后继续在桌面滑行,最终没有滑出桌面。 若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中( AC ) A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向右 B.桌面对鱼缸摩擦力的方向向右 C.鱼缸所受的摩擦力大小没有变化 D.若猫增大拉力,鱼缸受到桌布的摩擦力将增大 解析: 桌布向右拉出时,鱼缸相对于桌布有向左的运动,故鱼缸受到的摩擦力向右,故A正确;桌面对鱼缸摩擦力的方向向左,故B错误;鱼缸受到的摩擦力为滑动摩擦力,其大小与拉力无关,只与压力和动摩擦因数有关,因此增大拉力时,摩擦力不变,故C正确;D错误。 探究 静摩擦力 ┃┃情境导入__■ 某同学用力向右推木箱,但没有推动,在此过程中木箱与地面间是否存在摩擦力? 若存在,说明摩擦力的方向。 提示: 存在;向左 ┃┃要点提炼__■ 1.静摩擦力产生的条件 两物体 缺一不可 2.静摩擦力的方向 (1)在接触面上,与接触面相切,且与物体相对运动趋势的方向相反。 (2)与物体运动的方向可能相同,也可能相反。 例如: 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。 特别提醒 (1)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。 (2)静摩擦力的效果不是阻碍物体的运动,而是阻碍物体间的相对运动趋势。 (3)静摩擦力是被动力,在一定范围内其大小随外力变化而变化,并不是一个定值。 ┃┃典例剖析__■ 典题2 (多选)(2019·江西省赣州十四县高一上学期期中联考)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)静止不动,如图所示。 下列说法正确的是( BD ) A.瓶中油越多,手必须握得越紧 B.握手处如果有很多油,手必须握得越紧 C.手握得越紧,油瓶受到的摩擦力越大 D.油瓶受到的静摩擦力方向竖直向上,其大小等于油瓶的重力 思路引导: 正确理解静摩擦力的概念,明确静摩擦力的大小和方向。 解析: 若油瓶和油的总重力没有超过手对油瓶的最大静摩擦力,手对油瓶的压力可以不变,A错误;握手处油很多,比较滑,应当通过增加手对油瓶的压力,才能增大最大静摩擦力,防止油瓶下落,故B正确;油瓶受到的静摩擦力与重力处于二力平衡状态,故C错误,D正确。 ┃┃对点训练__■ 2.(2019·山东省济南一中高一上学期期中)如图所示,A、B、C三个物体质量相等,它们与传送带间的动摩擦因数也相同。 三个物体随传送带一起匀速运动,运动方向如图中箭头所示。 则下列说法正确的是( B ) A.A物体受到的摩擦力方向向右 B.三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零 C.B受到的摩擦力沿斜面向下 D.B、C受到的摩擦力方向相反 解析: A物体做水平方向的匀速直线运动,水平方向不受摩擦力,故A错误;B、C物体均有相对传送带向下滑动的趋势,故均受到沿斜面向上的静摩擦力,B正确,C、D错误。 探究 静摩擦力与滑动摩擦力的比较 ┃┃情境导入__■ 绳结是靠什么性质的力使绳子连在一起或把物体绑在一起? 为什么有的绳子不容易“死扣”? 提示: 静摩擦力;动摩擦因数太小(或绳子光滑) ┃┃要点提炼__■ 两种摩擦力的比较 静摩擦力 滑动摩擦力 产生 条件 相同点 ①相互接触;②相互挤压;③接触面粗糙 不同点 有相对运动趋势 有相对运动 力 的 三 要 素 大 小 相同点 ①可根据二力平衡条件求解;②可根据作用力、反作用力的特点求解(后面学习) 不同点 被动力,与压力无关,大小为0 公式Ff=μFN,与正压力成正比 方 向 相同点 ①与运动方向无直接关系,可与运动方向相同,也可与运动方向相反或者成一夹角;②与接触面相切;③与同一接触面上的弹力方向垂直 不同点 与相对运动趋势方向相反 与相对运动方向相反 作 用 点 相同点 在接触面上,做力的图示时,可根据等效原理画到物体的重心上 ┃┃典例剖析__■ 典题3 如图所示,一重为40N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=13N,F2=6N。 已知木块与桌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: (1)木块所受的摩擦力的大小和方向; (2)当只将F1撒去时,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。 思路引导: — 解析: 当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑=μFN=μG=0.2×40N=8N,故木块受到桌面的最大静摩擦力为8N。 (1)加上F1、F2后,F1和F2相当于一个方向向右的F=F1-F2=7N的力。 由于F小于最大静摩擦力,故木块处于静止状态,则木块受到桌面静摩擦力的作用,大小为7N,方向水平向左。 (2)将F1撤去后,由于F2小于最大静摩擦力,故木块仍然保持静止。 由二力平衡知识知,木块受到的静摩擦力大小等于F2,即大小为6N,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8N,方向水平向左。 答案: (1)7N 水平向左 (2)6N 水平向右 (3)8N 水平向左 思维升华: 求解摩擦力大小的方法 (1)明确所求摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力。 (2)静摩擦力一般根据二力平衡来求。 求解时应注意物体是否处于静止或匀速直线运动状态,若物体处于减速或加速运动状态,则二力平衡不成立。 (3)滑动摩擦力一般根据公式法计算,计算时注意滑动摩擦力的大小与物体的速度大小、物体是否匀速运动无关,只取决于动摩擦因数和正压力的大小。 ┃┃对点训练__■ 3.(2020·杭州高一期中)如图甲所示,小孩用80N的水平力推木箱不动,木箱此时受到水平地面的摩擦力大小为F1;如图乙所示,小孩用100N的水平力恰能推动木箱,此时木箱与水平地面间的摩擦力大小为F2;如图丙所示,小孩把木箱推动了,此时木箱与水平地面间摩擦力大小为F3,若木箱对水平地面的压力大小为200N,木箱与水平地面间动摩擦因数为0.45,则F1、F2、F3的大小分别为( C ) A.80N、80N、90N B.80N、80N、45N C.80N、100N、90N D.80N、100N、45N 解析: 小孩用80N的水平力推木箱,木箱不动,由二力平衡得F1=80N;用至少100N的水平力推木箱,木箱才能被推动,则有最大静摩擦力F2=100N;由滑动摩擦力的表达式得F3=μFN=90N,故选项C正确。 核心素养提升 以题说法·启智培优 对摩擦力认识的几个误区 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 静摩擦力产生于两个相对静止的物体间,它们可能都运动;滑动摩擦力产生于两个相对运动的物体间,它们中可能有一个物体静止。 例如,汽车加速前进时,相对于车厢静止的箱子随汽车一起运动受到向前的静摩擦力;狗拉雪橇向前运动时,静止的地面受到滑动摩擦力。 误区二: 误认为摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反 实际上摩擦力与相对运动方向或相对运动趋势方向相反,与物体的运动方向可能相反,可能相同,还可能与物体的运动方向不在一条直线上。 误区三: 误认为物体间的压力越大,摩擦力就越大 实际上滑动摩擦力、最大静摩擦力与物体间的压力有关,压力越大,则滑动摩擦力和最大静摩擦力就越大,而静摩擦力的大小与物体间的压力无关。 误区四: 误认为摩擦力一定是阻力 实际上摩擦力阻碍的是物体间的相对运动,摩擦力不一定是阻力,有可能是动力,如传送带就是利用摩擦力作为动力,将粮食由低处送到粮仓中。 案例 如图所示,一辆汽车在平直公路上,车上有一木箱,试判断下列情况中,木箱所受摩擦力的方向,并说明摩擦力充当动力还是阻力。 (1)汽车由静止加速运动时(木箱和车面无相对滑动); (2)汽车刹车时(二者无相对滑动); (3)汽车匀速运动时(二者无相对滑动); (4)汽车刹车,木箱在车上向前滑动时; (5)汽车在匀速过程中突然加速,木箱在车上滑动时。 解析: (1)木箱随汽车一起由静止加速运动时,假设二者的接触面是光滑的,则汽车加速时,木箱由于惯性要保持原有静止状态。 因此它将相对于汽车向后滑动,而实际木箱没有滑动,说明木箱有相对汽车向后滑动的趋势,所以,木箱受到向前的静摩擦力,此时静摩擦力是动力。 (2)汽车刹车时,速度减小,假设木箱与汽车的接触面是光滑的,则木箱将相对汽车向前滑动,而实际木箱没有滑动,说明木箱有相对汽车向前滑动的趋势,所以木箱受到向后的静摩擦力,此时静摩擦力是阻力。 (3)木箱随汽车一起匀速运动时,二者无相对滑动,假设木箱受水平向右的摩擦力,跟木箱接触的物体只有汽车,汽车最多能对它施加两个力(支持力F1和摩擦力F2),由二力平衡条件知: F1与G抵消,但没有力与F2抵消,不能做匀速直线运动,这与题意矛盾,所以假设错误,即木箱不受摩擦力。 (4)汽车刹车,木箱相对于汽车向前滑动,易知木箱受到向后的滑动摩擦力,此时滑动摩擦力是阻力。 (5)汽车在匀速过程中突然加速,木箱相对于汽车向后滑动,易知木箱受到向前的滑动摩擦力,此时滑动摩擦力是动力。 素养脉络构建 知识构建·整体呈现
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