【同步】高中物理粤教2019版必修一学案：第3章第3节摩擦力

第三节 摩擦力

1．通过分析摩擦现象，理解摩擦力产生的条件，会区分滑动摩擦力、静摩擦力．

2．会根据相对运动(趋势)方向判断摩擦力的方向，并会计算摩擦力的大小．

3．知道生产生活中增大或减小摩擦力的实例，有将摩擦力相关知识应用于生产和生活的意识．

知识点一 滑动摩擦力

1．定义：在滑动摩擦中，在接触面上产生的阻碍物体相对运动的作用力，叫作滑动摩擦力．

2．方向：总是与物体相对运动的方向相反，与它们的接触面相切．

3．大小：f跟压力FN成正比，还跟接触面的性质有关，即f＝μFN．其中μ叫动摩擦因数，它与相互接触的物体的材料和接触面的粗糙程度有关．

“物体相对运动方向”不等同于“物体运动方向”．

1．(1)有压力一定有滑动摩擦力． ( )

(2)有滑动摩擦力一定有压力． ( )

(3)滑动摩擦力总是与接触面上的压力垂直． ( )

(4)只有运动的物体才受滑动摩擦力． ( )

(5)将一木块放在粗糙的斜面上处于静止状态，这一木块所受的力是________、________和________．

[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)重力 弹力 摩擦力

知识点二 静摩擦力

1．定义：当两个相互接触的物体之间具有相对运动趋势时，物体间产生的摩擦叫作静摩擦，这时产生的摩擦力叫作静摩擦力．

2．大小：静摩擦力的大小是可变(选填“不变”或“可变”)的，但有一个最大值，这个最大值叫作最大静摩擦力．

3．方向：总是与物体相对运动趋势的方向相反，与它们的接触面相切．

受静摩擦力作用的物体也可以是运动的，但不是“相对运动”．

2．(1)两个相互接触的物体都运动时，不会产生静摩擦力． ( )

(2)静摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关． ( )

(3)最大静摩擦力的大小跟物体间正压力的大小有关． ( ) (4)最大静摩擦力的大小跟接触面的材料有关． ( )

[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√

很多学校里都有猫，同学们也比较喜欢逗着小猫玩．右图是一种常见现象．

请探究：

(1)猫从树上匀速滑下受什么方向的摩擦力？

(2)猫匀速滑下时摩擦力大小是多少？

(3)若猫从树上一步步缓慢滑下，受到的摩擦力是多大？是静摩擦力还是动摩擦力？

提示：(1)因是匀速滑动，受向上的滑动摩擦力．

(2)滑动摩擦力大小与猫所受重力大小相等．

(3)等于重力大小，是静摩擦力．

考点1 滑动摩擦力

1．“相对运动”的意义：滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，“相对运动”可能是因为两个物体一个静止，另一个在运动；可能是因为两个物体一个运动得快，另一个运动得慢；还可能是因为两个物体运动方向相反．所以发生相对运动的物体不一定都处于运动状态，可能是因为另一个物体在运动造成的．

2．滑动摩擦力产生的条件

(1)两物体相互接触且挤压．

(2)物体间的接触面不光滑．

(3)两物体间存在相对运动．

3．实验探究滑动摩擦力的大小与压力、接触面粗糙程度之间的定量关系：

(1)实验原理

①控制变量．

(ⅰ)保持木块与平板小车间的粗糙程度不变，在木块上方依次增加砝码，以改变压力，探究f与FN的关系．

(ⅱ)保持压力不变，改变接触面的粗糙程度，探究f与μ的关系．

②两个力的测量方法． (ⅰ)压力的测量

用弹簧测力计测量出木块的重力大小，即为木块对平板小车的压力．(或木块重力加上砝码重力之和)．

(ⅱ)滑动摩擦力的测量

当小车向左缓慢匀速运动，此时弹簧测力计的读数就是木块受到的滑动摩擦力的大小．

(2)实验器材

带滑轮的长木板、电动机、平板小车、毛巾、木块、砝码、细线、弹簧测力计等．

(3)实验与探究

①实验装置如图所示，用电动机带动平板小车向左缓慢匀速运动，注意观察弹簧测力计，当示数稳定时，读出示数，即为木块所受滑动摩擦力大小．记录表格中．

②保持木块与平板小车间接触面的粗糙程度不变，在木块上方依次增加砝码，重复上述步骤4次，把读数记录到表格中．

③保持压力不变，把毛巾平铺在平板小车上表面，重复上面的步骤5次，将弹簧测力计读数记录在表格中．

实验数据记录表

实验次数n 1 2 3 4 5

压力FN/N

接触面1：弹簧测

力计的示数f/N

接触面2：弹簧测

力计的示数f/N

④根据表格中的两组实验数据，用纵坐标表示滑动摩擦力f，用横坐标表示压力FN，作出f­FN图像，从而得出f与FN的关系．

⑤实验结论：同一接触面图线为一条倾斜的直线，直线斜率为fFN为一定值，说明f与FN的大小成正比．对不同接触面fFN不同，fFN越大，表示接触面越粗糙，把fFN的值定义为动摩擦因数．

(4)实验数据的处理方法：以f为纵坐标，FN为横坐标，作出图线，图线是过原点的一条倾斜直线，就能说明f与FN成正比．且有动摩擦因数：μ1

(5)实验注意事项

①桌面要水平，平板小车上表面要平整．

②要使平板小车向左缓慢匀速运动．

③读数时，要等弹簧测力计示数稳定后再读数．

④用图像法处理数据，作图时应使尽可能多的点在直线上 ，不在直线上的点尽可能分布在所作直线的两侧，偏离直线太远的点应舍弃掉．

4．大小

(1)特点：滑动摩擦力的大小f跟压力FN成正比，还跟接触面的性质有关．

(2)表达式：f＝μFN．

说明：①μ叫作动摩擦因数，它只与接触面的材料、粗糙程度有关，μ没有单位．动摩擦因数的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小也无关；

②公式f＝μFN中的FN是两个物体接触面间的压力，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．

5．方向：滑动摩擦力阻碍物体间的相对运动，故滑动摩擦力的方向跟接触面相切，并跟物体相对运动方向相反．

角度1 滑动摩擦力的大小和方向

【典例1】 如图所示，在动摩擦因数μ＝0.1的水平面上向右运动的物体，质量为20

kg，在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为10 N的拉力作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 m/s2)( )

A．10 N，向右 B．10 N，向左

C．20 N，向右 D．20 N，向左

思路点拨：①物体相对水平面向右运动，受滑动摩擦力作用． ②物体质量为20 kg，对水平面的压力大小为200 N．

D [滑动摩擦力大小f＝μFN＝μmg＝0.1×20×10 N＝20 N，方向与相对运动方向相反，即向左．]

求解滑动摩擦力的有无及大小的计算

(1)判断滑动摩擦力的有无：根据接触面的性质和物体间是否产生相对运动，确定物体之间是否存在滑动摩擦力．

(2)求解方法的选取．

①可根据公式f＝μFN求解滑动摩擦力的大小．

②如果物体做匀速直线运动，可根据二力平衡法求解．

角度2 测定动摩擦因数

【典例2】 某同学用图甲所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧测力计相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧测力计的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在表中给出，其中f4的值可从图乙中弹簧测力计的示数读出．

砝码的质量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

滑动摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93

甲

乙 丙

回答下列问题： (1)f4＝________N；

(2)在图丙的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f­m图线；

(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f­m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；

(4)g取9.80 m/s2，由绘出的f­m图线求得μ＝____(保留2位有效数字)．

[解析] (1)弹簧测力计的读数为2.75 N．

(2)在图像上添加(0.20 kg,2.75 N)这个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答图所示．

(3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，f­m图线的斜率为k＝μg．

(4)根据图像求出k＝3.9 N/kg，代入数据得μ≈0.40．

[答案] (1)2.75 (2)如图所示 (3)μ(M＋m)g μg (4)0.40

[跟进训练]

1．(角度1)如图所示，水平拉力F＝40 N时，质量m＝10 kg的木块可以在水平面上匀速前进，g取10 m/s2．求：

(1)木块所受滑动摩擦力的大小和方向；

(2)木块与水平面间的动摩擦因数μ．

[解析] (1)由木块匀速运动知，木块受力平衡．

根据二力平衡滑动摩擦力Ff＝F＝40 N，方向水平向左．

(2)由Ff＝μFN得，μ＝FfFN

又FN＝mg

所以μ＝0.4．

[答案] (1)40 N，水平向左 (2)0.4

2．(角度2)如图，某个实验小组的同学设计了一个测量动摩擦因数的实验．把弹簧测力计的一端固定在墙上，另一端与一物块P相连，用力F拉水平向左拉物块下面的金属板，金属板向左运动，此时测力计的示数稳定(图中已把弹簧测力计的示数放大画出)，弹簧测力计的读数为________N，物块P受到金属板的滑动摩擦力的大小是________N；若用弹簧测力计测得物块P的重力为13 N，则物块P与金属板间的动摩擦因数为________．

[解析] 由图示弹簧测力计可知，其最小分度值是0.1 N，其读数F＝2.60 N；由二力平衡条件得：滑动摩擦力Ff＝F＝2.60 N．根据Ff＝μFN＝μmg，解得动摩擦因数μ＝0.2．

[答案] 2.60 2.60 0.2

考点2 静摩擦力

1．静摩擦力产生的条件

(1)接触面是粗糙的．

(2)两物体相对静止但存在相对运动趋势．

(3)两物体在接触面上有正压力(弹力)．

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．

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＝μ0FN．(μ0为静摩擦因数，最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力，一般情况下，为了分析问题方便，可认为二者相等)

4．实验探究最大静摩擦力

(1)实验目的：粗测最大静摩擦力．

(2)实验原理：

①状态分析：水平桌面上，受拉力作用的物块开始运动前，处于静止状态．

②二力平衡：根据二力平衡，物块所受静摩擦力大小与弹簧测力计的拉力相等．

(3)实验设计：

①选用弹簧测力计，获得静摩擦力大小的数据．

②根据弹簧测力计数据的变化情况，分析静摩擦力大小的变化规律．

③在物块上添加砝码，改变压力，研究静摩擦力的变化规律．

④观察记录物块刚开始滑动时，弹簧测力计示数的变化情况．

⑤比较两种情况下，弹簧测力计所显示的最大静摩擦力大小与压力的关系．

(4)实验结论：