教科版 (2019)必修 第一册3 摩擦力学案设计

摩擦力

学习目标：1.[物理观念]知道摩擦力的定义及分类．　2.[物理观念]理解滑动摩擦力产生的条件、方向及影响其大小的因素，掌握计算滑动摩擦力的公式．　3.[物理观念]理解静摩擦力产生的条件、方向，了解最大静摩擦力的概念．　4.[科学思维]会综合判断摩擦力的方向．　5.[科学思维]会计算摩擦力的大小．

一、滑动摩擦力

1．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滑动时，每个物体的接触面上都会受到对方施加的阻碍相对运动的力．

2．滑动摩擦力的方向

总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反．

3．滑动摩擦力的大小

(1)规律：滑动摩擦力f的大小跟压力N成正比．

(2)公式：f＝μN，其中μ叫作动摩擦因数，它是两个力的比值，没有单位．它的大小与两个接触面的材料、粗糙程度等情况有关(填“有关”或“无关”)．

二、静摩擦力

1．定义：当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趋势时，在它们的接触面上会产生一种阻碍物体间发生相对运动趋势的力．

2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体间相对运动趋势的方向相反．

3．作用效果：阻碍物体间的相对运动的趋势．

4．大小

(1)决定因素：由物体的运动状态和周围物体对它施加的力的情况决定，但有一个最大值．

(2)最大静摩擦力：静摩擦力的最大值f静max，其大小等于物体将要发生相对运动时所受到的外力．

(3)大小范围：物体之间实际产生的静摩擦力f静在0与最大静摩擦力f静max之间，即0＜f静≤f静max.

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力． (×)

(2)静止的物体也可能受滑动摩擦力． (√)

(3)滑动摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反． (×)

(4)物体受到的滑动摩擦力与物体的重力成正比． (×)

(5)举重运动员在比赛时，要把手上沾上镁粉，是为了增加摩擦力． (√)

2．下列有关滑动摩擦力的说法中，正确的是 (　　)

A．有压力一定有滑动摩擦力

B．有滑动摩擦力一定有压力

C．滑动摩擦力方向一定与物体的运动方向相反

D．只有运动物体才受滑动摩擦力

B　[产生滑动摩擦力的条件有三个：正压力(相互接触且挤压)、接触面粗糙、发生相对滑动，缺一不可，由产生条件可知，A错误，B正确；滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相反，C错误；滑动摩擦力发生于相对滑动的两物体之间，两个物体中可能有一个相对地面是静止的，故D错误．]

3．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

C　[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，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，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，D错误．]

教材P70页“讨论交流”

[答案]　提示：(1)向左、向右　(2)向右、向左

1．滑动摩擦力的产生及作用效果

(1)产生条件：①两物体之间有弹力；②接触面粗糙；③有相对运动．

(2)“相对”的含义

“相对”是指相互摩擦的两个物体之间有位置的变化，而不用考虑相对别的物体是否有位置的变化．

(3)作用效果：阻碍物体间的相对运动．

2．滑动摩擦力方向

(1)方向：跟接触面相切并与物体相对运动的方向相反，与物体的运动方向不一定相反．

(2)判断滑动摩擦力方向的基本步骤

3．滑动摩擦力大小的计算

(1)公式法：根据f＝μN计算．

①根据物体的受力情况，求出压力N；

②根据f＝μN求出滑动摩擦力．

(2)二力平衡法：物体处于匀速直线运动或静止状态时，根据二力平衡的条件求解．

【例1】　(多选)在水平力F作用下，重为G的物体沿墙壁匀速下滑，如图所示．若物体与墙壁之间的动摩擦因数为μ，则物体所受的摩擦力的大小为 (　　)

A．μF　B．Gμ  C．G  D．

思路点拨：①水平方向上N＝F，利用f＝μN求解．②竖直方向上由二力平衡求得f.

AC　[对匀速运动的物体分析受力，在水平方向F＝N，再由滑动摩擦力的计算式f＝μN得f＝μF，A正确；由竖直方向二力平衡条件得f＝G，C正确．]

滑动摩擦力大小的三点说明

(1)滑动摩擦力的大小与压力成正比，还与接触面的性质有关，即f＝μN.

(2)公式中的“N”是指两个物体表面间的正压力，它不一定等于物体的重力．

(3)公式中的“μ”的数值与物体的受力情况、运动状态、接触面积的大小均无关．

[跟进训练]

1．三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，由于所受的水平拉力不同，A做匀速运动，B做加速运动，C做减速运动，那么，它们受到的摩擦力的大小关系应是(　　)

A．fB>fA>fC B．fB<fA<fC

C．fB＝fA＝fC D．不能比较大小

C　[三个物体对地面的正压力N均为mg，且动摩擦因数相同，故三者受到的摩擦力大小相等，选项C正确．]

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．静摩擦力方向的判定

(1)选取受力物体．

(2)确定施力物体．

(3)利用假设法判断受力物体相对施力物体的运动趋势方向．

(4)静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反．

5．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静在0和最大静摩擦力f静max之间，即0<f静≤f静max.

(2)f静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．

【例2】　如图所示，物体A、B叠放在水平地面上，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B的摩擦力水平向左

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

思路点拨：

C　[对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等值反向，故选项A、B错误；对B物体，由力的作用的相互性可知，A对B的摩擦力一定与B对A的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，故选项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的摩擦力为滑动摩擦力，且水平向右，故选项D错误．]

上例中，若将二者一起向左做匀速直线运动改为二者一直静止不动，其他条件不变，分析A、B受到摩擦力的大小和方向．

[提示]　A受到B向右的静摩擦力；B受到A向左的静摩擦力和地面向右的静摩擦力．

静摩擦力与运动的关系辨析

(1)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，关键决定于相对另一物体是否有相对运动趋势．

(2)静摩擦力阻碍的是物体间的相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动，即静摩擦力不一定是阻力．方向与物体运动方向可能相同，也可能相反，还可能成一定夹角．

(3)皮带不打滑说明皮带与轮接触处，皮带相对于轮静止，静摩擦力对主动轮是阻力，对从动轮是动力．

[跟进训练]

2．分析图中各种情况下物体A所受摩擦力的方向．

甲　　　　　　乙　　　　　　　丙

[解析]　甲图中A随传送带一起匀速上升，以传送带为参考系，则A相对传送带静止，且有沿传送带向下滑动的趋势，则A受的静摩擦力方向为沿传送带向上．乙图中A有相对斜面向下的相对运动趋势，受到的摩擦力沿斜面向上．丙图中F使A物体压紧墙壁，A和墙壁之间产生正压力，而A相对于墙壁的运动趋势沿墙壁向下，故受到的静摩擦力方向沿墙壁向上．

[答案]　甲中A受沿传送带向上的静摩擦力；乙中A受沿斜面向上的静摩擦力；丙中A受竖直向上的静摩擦力

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

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．当滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同时，使物体加速，选项A错误，C正确；当静摩擦力的方向与物体的运动方向相反时，使物体减速，选项B错误，D正确．]

2．关于由滑动摩擦力公式f＝μN推出的μ＝，下列说法正确的是 (　　)

A．动摩擦因数μ与摩擦力f成正比，f越大，μ越大

B．动摩擦因数μ与正压力N成反比，N越大，μ越小

C．μ与f成正比，与N成反比

D．μ的大小由两物体接触面的情况及其材料决定

D　[μ与两个物体的材料和两物体接触面的情况有关，与f、N均无关，D正确．]

3．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

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静max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，B、C、D错误．]

4．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＝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

C　[运动员无论匀速攀上还是匀速滑下，其受力平衡，由二力平衡得出运动员受到向上的静摩擦力，其大小等于运动员重力的大小，C正确．]

5．(新情景题)情境：机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，机器人，特别是智能机器人产品的研发、产业化水平已成为衡量一个国家、地区科技创新和高端制造业综合竞争水平的重要指标．如图，一机械臂竖直夹起一个质量为m的金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与金属小球接触面保持竖直状态，且它们之间的动摩擦因数为μ，铁夹对金属球的压力为F.

问题：(1)金属小球受到的摩擦力大小为多少，方向如何？

(2)若铁夹对金属球的压力变为2F，金属小球受到的摩擦力大小如何变化？

[解析]　(1)金属小球受到的摩擦力大小与金属小球重力大小相等，方向与重力方向相反，故金属小球受到的摩擦力大小为mg，方向竖直向上．

(2)金属小球受到的摩擦力大小与金属小球重力大小相等，故金属小球受到的摩擦力不变．

[答案]　(1)mg　方向竖直向上　(2)不变