【志鸿全优设计】高中物理 第4章第3节摩擦力目标导学 鲁科版必修1.doc

第3节摩擦力一、滑动摩擦力1定义：当两个物体彼此接触且相互挤压，并发生相对滑动时，在接触面上产生的阻碍相对滑动的力。2产生条件：（1）两物体相互接触且相互挤压，即接触面之间有弹力；（2）接触面不光滑；（3）两物体之间有相对滑动。3方向：总跟接触面相切，并且跟物体间相对运动的方向相反。滑动摩擦力的方向与接触面相切，而弹力与接触面垂直，因此物体接触面上的滑动摩擦力方向一定与弹力方向垂直。（1）不要把“物体之间的相对运动方向”与“物体的运动方向”等同起来（摩擦力总是阻碍物体的相对运动，但不一定阻碍物体的运动）；（2）概念中的“相对”两字要准确理解，“相对”指的是研究对象相对于与其接触的物体而言；（3）滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相反，也可能跟运动方向相同，即滑动摩擦力可以充当阻力，也可以充当动力。4滑动摩擦力的大小及其求法。（1）公式法：根据公式fn计算。公式中的n是两个物体表面间的压力，称为正压力（垂直于接触面的力），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等加以确定。公式中的为动摩擦因数，与材料和接触面的粗糙程度有关，与接触面的大小无关。滑动摩擦力f的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小也无关。公式中f和及n必须对应于同一对接触面。（2）根据物体所处的运动状态，结合受力情况，例如二力平衡等方法求解。【例1】在东北的冬季伐木工作中，伐下的木料常装在雪橇上，马拉着雪橇在冰道上滑行，将木料运出，如图所示。一个有钢制滑板的雪橇，连同木料的总重力为4.9104 n。在水平的冰道上，马要在水平方向用多大的力才能够拉着雪橇匀速前进？（钢与冰之间的动摩擦因数0.02）用雪橇运送木料解析：雪橇在水平方向受到两个力的作用：马对雪橇的拉力f、冰道对雪橇的滑动摩擦力f。在这两个力的作用下，雪橇匀速前进。由于二力平衡，匀速前进时马的拉力f与摩擦阻力f大小相等，即ff。滑动摩擦力f的大小可以由fn求出。其中n是雪橇受地面的支持力，它的大小等于雪橇的总重力g。雪橇匀速运动，拉力与阻力相等所以ff，fn，而ng，所以fg代入数值，得f0.024.9104 n980 n。答案：980 n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？解析：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、g2，与接触面间的动摩擦因数为。第一种情况，压力n1g1，n2g2，f1f1f2n1n2（g1g2）；第二种情况，压力ng1g2，f2n（g1g2）。答案：不能省力11一根质量为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。现用水平力f推木条，当木条经过如图所示位置时，桌面对它的摩擦力为（）amg bmgcmg d以上都不对二、静摩擦力1静摩擦力的概念两个相互接触的物体之间，没有相对滑动但有相对运动的趋势时，在接触面间所产生的阻碍相对运动趋势的力叫做静摩擦力。2静摩擦力产生的条件（1）相互接触，只有相互接触的物体之间才有可能产生摩擦力；（2）接触面上有压力存在，如果接触面上没有挤压力，那么相互接触的物体之间也不会产生摩擦力；（3）接触面不光滑；（4）两物体的接触面之间有相对运动趋势且相对静止。3方向：与接触面相切并且与物体相对运动趋势的方向相反。确定静摩擦力方向的常用方法：假定两物体间的接触面是光滑的，判断出物体相对接触面的运动方向，该运动方向即为物体相对运动趋势的方向，则物体受到的静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反。如图所示，在水平拉力f作用下，a、b一起运动。匀速运动和匀加速运动时a物体所受的静摩擦力方向相同吗？答案：匀速时，取a为研究对象知静摩擦力等于零；匀加速时，由力是产生加速度的原因可知，a受到的静摩擦力向右。（1）运动的物体可以受到静摩擦力的作用，静摩擦力的方向可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，也可与运动方向不在一条直线上，如手握瓶子在水平方向上运动，此时静摩擦力方向竖直向上，与运动方向是垂直的。（2）静摩擦力可以充当阻力，也可以作动力，如人跑步时地面给人的静摩擦力为动力。传送带上的物体所受静摩擦力有时也是动力。【例2】2009年10月17日河北选手李雪妹以33.898秒的成绩夺得第十一届全运会500米自行车计时赛冠军，该成绩超亚洲纪录。自行车在平直公路上匀速前进时，前后轮所受摩擦力的方向（）a都向后 b都向前c前轮向后，后轮向前 d前轮向前，后轮向后思路点拨：解答本题应把握以下两点：（1）首先分清前后轮启动的原因。（2）静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反。解析：自行车匀速前进时，由于人通过链条给后轮一个力，使后轮顺时针转动，设轮与地面接触处光滑，则轮应加速顺时针转动，说明轮有相对地面向后转动的趋势，由于静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，故后轮所受静摩擦力f1的方向向前；前轮转动是由于前轮受到力的作用，若前轮与地面接触处光滑，则前轮就不会转动，故前轮相对地面有向前运动的趋势，其所受摩擦力向后，如图所示。匀速前进答案：c（1）如果自行车在平直公路上自然滑行，前后车轮所受摩擦力的方向（）a都向前 b都向后c前轮向前，后轮向后 d前轮向后，后轮向前答案：b（2）人在走路时前后两脚所受的摩擦力方向向哪儿？汽车的牵引力来自哪里？解析：人走路时，后脚向后用力蹬，后脚有向后运动的趋势，所以后脚所受到的静摩擦力向前；人走路时前脚是由于身体向前驱动它，落地时有向前运动的趋势，所以前脚所受静摩擦力向后。汽车的牵引力来自地面对驱动轮的摩擦力。答案：前脚所受的静摩擦力向后，后脚所受到的静摩擦力向前。来自地面对它的摩擦力。21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（）aa、b之间无摩擦力ba受到的摩擦力水平向右cb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，水平向右若21中的水平力f作用在物体b上，ab一起做匀速直线运动，如图，则：（1）b对a的摩擦力情况如何？（2）地面对b有无摩擦力？如有，方向如何？解析：（1）假设b对a有摩擦力，则a受力不平衡，不可能做匀速直线运动，故b对a无摩擦力。（2）由于a、b一起匀速运动，故把ab作为一个整体，b相对于地面向左滑动，故地面对b有摩擦力，且方向水平向右。答案：（1）b对a无摩擦力（2）有，水平向右22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。（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）汽车在匀速行驶中突然加速，木箱在车上滑动时。4静摩擦力的大小（1）静摩擦力大小的求法静摩擦力的大小由物体的运动状态结合受力情况决定，可据平衡条件或牛顿运动定律（后边要学习）求解。（2）最大静摩擦力最大静摩擦力（fmax）是指物体接触面间静摩擦力的最大值，所以静摩擦力的取值范围为0ffmax。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，即fmn，其中m为最大静摩擦因数，它取决于接触面的材料和接触面的粗糙程度。最大静摩擦力一般比滑动摩擦力大些，m。但有时认为二者是相等的，m。【例3】如图所示一个m2 kg 的物体放在0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m00.1 kg的小桶相连，已知：物体受到的最大静摩擦力fm4.5 n，滑轮上的摩擦不计，g取10 m/s2，求在以下情况下，物体受到的摩擦力的大小。（1）只挂桶处于静止状态时。（2）只挂桶但在物体上再放一个m3 kg的物块时。（3）只在桶内加入m10.33 kg的砂子时。（4）只在桶内加入m20.5 kg的砂子时。首先要判断物体是否滑动，确定物体受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力，然后选取恰当的方法来求解。解析：（1）因为m0g1 nfm，物体处于静止状态，受静摩擦力作用，由二力平衡得f1m0g1 n。（2）在物体上再放一个m3 kg的物块，物体仍静止，仍受静摩擦力f2f1m0g1 n。（3）因为（m0m1）g4.3 nfm，故物体处于静止状态，所受静摩擦力f3（m0m1）g4.3 n。（4）因为（m0m2）g6 nfm，故物体运动受到滑动摩擦力作用，由公式f4fnmg4 n。答案：（1）1 n（2）1 n（3）4.3 n（4）4 n31在例题中，如果往桶内装入砂子的质量为mkt（k0.1 kg/s，t为时间），则下面从t0开始物体受到的摩擦力f随t的变化关系图象中正确的是（）三、摩擦力的调控1增大摩擦力的方法：（1）增大接触面之间的粗糙程度。（2）增加物体间的压力。2减小摩擦力的方法：（1）减小接触面之间的粗糙程度。（2）减小物体间的压力。（3）在接触面间加润滑剂。（4）用滚动代替滑动。【例4】海豚的身体呈流线型，对其在水中游动有什么好处？如图所示，轮胎表面为什么都有花纹的沟槽？解析：解答此题应把握以下三点：（1）加大物体表面的粗糙程度，可以增大物体之间的摩擦力。（2）使接触面更光滑，可以减小物体之间的摩擦力。（3）液体的阻力跟物体的形状有关。答案：头圆尾尖的物体所受的流体阻力较小，所以海豚的身体呈流线型可以减小其在水中游动时所受的阻力。雨天，沟槽能把轮胎与地面间的水排出，保持两者的良好接触以产生足够的摩擦力，来保持车的正常运动。41自行车部分零件的功能不同，对摩擦力的要求也不同。滚珠轴承为什么将滑动摩擦改为滚动摩擦？在相对滑动的转轴之间加上机油的目的是什么？42火车起动时为什么先倒车？答案：【互动课堂】迁移训练11a21bc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。22解析：假设法：假设接触面是光滑的，物体将怎样相对运动，此方向就是物体运动趋势的方向。假设光滑法是判断静摩擦力方向的有效方法。（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，它将相对于汽车向后滑动，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。（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行。实际上木箱没有滑动，说明有相对汽车向前滑行的趋势，所以木块受到向后的静摩擦力。（3）木箱随汽车一起匀速运动时，二者无相对滑动。假设木箱与汽车的接触面光滑，由于惯性木箱仍做匀速直线运动，木箱与汽车间无相对滑动，说明木箱与汽车间没有相对运动趋势，没有摩擦力。（4）汽车刹车，木箱相对于汽车向前滑动，易知木箱受向后的滑动摩擦力。（5）汽车在匀速行驶过程中突然加速，木箱相对汽车向后滑动，易知木箱受到向前的滑动摩擦力。答案：（1）向前的静摩擦力（2）向后的静摩擦力（3）无摩擦力（4）向后的滑动摩擦力（5）向前的滑动摩擦力31d解析：当t0时，m静止，由二力平衡得fm0g1 n。故a、b错误；只有当拉力大于fm时，m才开始运动，受到滑动摩擦力作用，此时t3.5 s，摩擦力大小为mg4 n，此后摩擦力始终为mg，大小为4 n不变，故选d。41解答：滚珠轴承变滑动摩擦为滚动摩擦，大大减小了机器转动时的摩擦。在相对滑动的转轴之间加上机油，可以减小摩擦力。42解答：在通常情况下，火车各节车厢之间的