高一必修一摩擦力讲义

一、教学目标1、知道静摩擦力产生的条件，会判断静摩擦力的方向，知道最大静摩擦力的概念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、知道滑动摩擦力的大小跟那些因素有关，知道滑动摩擦力跟压力成正比二、重难点1、静摩擦力和滑动摩擦力方向的判断2、影响滑动摩擦力大小的因素三、知识点梳理1、静摩擦力(1)定义:两个相互接触而保持相对静止的物体，当它们之间存在相对运动趋势而没有相对运动时，在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对运动趋势的力，这种力叫做静摩擦力.对定义中关键词的理解①“相对静止”有两层含义:一是两个物体都静止，二是两个物体都做速度相同的运动，其中速度相同的运动包括一起做匀速直线运动和一起做初速度和加速度都相同的变速运动，②“相对运动趋势”:相对运动趋势既可由外力引起，也可由接触物体的运动状态发生改变而引起，如图3-3-1所示的箱子静置在平直的公路上行驶的平板车上，显然箱子在水平方向上不受其他外力的作用.当平板车匀速前进时，箱子与平板车之间没有相对运动趋势，故无静摩擦力当平板车加速、减速、转弯时，箱子相对于平板车分别有向后、向前、向外的相对运动趋势.③“阻碍”:说明了静摩擦力的作用效果，阻碍物体间的相对运动趋势.静摩擦力既可与物体的运动方向相同作动力，也可与物体的运动方向相反作阻力.例如上例中的平板车做加速运动，箱子相对车箱静止，那么，静摩擦力相对箱子而言是动力;若平板车做减速运动，箱子相对车箱静止，那么，静摩擦力相对箱子而言是阻力。(2)产生条件:①两物体在接触面上有挤压;②接触面不光滑;③两物体间有相对运动趋势.(3)大小：水平面上放一静止的物体，当人用水平力F推时，此物体静止不动，这说明静摩擦力的大小等于F，当人用2F的水平力去推时，物体仍静止不动，此时静摩擦力的大小为2F.可见，静摩擦力的大小随推力的增大而增大，所以说静摩擦力的大小由外部因素决定.当人的水平推力增大到某一值Fmax时，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值，我们把Fmax叫做最大静摩擦力，故静摩擦力的取值范围是：0≤F≤Fmax。【说明】①静摩擦力大小与正压力无关，但没有正压力，也就没有静摩擦力②静摩擦力可以是阻力，也可以充当动力，如人跑步时地面给人的静摩擦力就是动力，传送带上的物体随传送带一起加速，静摩擦力也是动力.③最大静摩擦力一般比滑动摩擦力稍大些，但在最大静摩擦力未知，而又要知道最大静摩擦力时，可近似认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.(4)方向:静摩擦力的方向总是跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反.如图3-3-3所示，静止在斜面上的物体m有沿斜面下滑的趋势，所以物体受到沿斜面向上的静摩擦力.又如图3-3-4所示，用力F拉水平地面上的A板，A板与板上的物体B保持相对静止做加速运动.对B而言，相对地是运动的，但相对A是静止的.可假设A、B间无摩擦力，则A做加速运动时，B不可能随A一起运动，故A、B间有摩擦力.而B相对A有向后运动的趋势，所以B受到方向与运动方向相同的静摩擦力作用。【注意】运动的物体也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，此时静摩擦力的方向竖直向上，与运动方向是垂直的。①假设法确定“相对运动趋势的方向”首先假设两接触的物体间光滑，无静摩擦力的作用，然后分析这两个物体是否发生相对运动若无相对运动，说明这两物体间就没有相对运动趋势;若有相对运动，则一物体相对另一物体的运动方向即为“有摩擦力”的相对运动趋势方向②易混淆的“三个方向”的辨析运动方向:物体的运动方向一般指物体相对地球(地球为参考系)的运动方向.相对运动方向:物体间的相对运动方向，指以其中一个物体A为参考系，另一个物体B的运动方向，即为物体B相对A的运动方向，反之也可.相对运动趋势的方向:即由于两物体问静摩擦力的存在导致的能发生而没有发生的相对运动方向，因此我们可用假设法(假设无静摩擦力)判定.2、滑动摩擦力(1)定义:当一个物体在另一个物体表面滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力.(2)大小:实验表明，滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比，如果用F表示滑动摩擦力的大小，用NF表示压力的大小，则有NfFF对公式NfFF的理解与应用①是比例常数，叫做动摩擦因数.物理意义:反映接触面本身特性的物理量，它与接触面的材料、粗糙程度有关，与接触面积大小无关，与物体的运动状态无关，与物体的受力情况无关，没有单位.②滑动摩擦力F大小与NF成正比，与物体的运动状态无关.③公式NfFF中的NF是两个物体接触面间的压力，俗称“正压力”.（3）产生条件:①两接触的物体必须相互挤压，发生形变，有弹力;②两物体间发生相对滑动;③两接触面不光滑.(4)方向.①滑动摩擦力的方向总是跟它们的接触面相切并且跟它们相对运动的方向相反，②判定滑动摩擦力的方向的方法第一步，滑动摩擦力的方向总跟接触面相切;第二步，确定物体间的相对运动方向，先选取其中一个物体为参考系(假设为静止)，判定另一个物体的运动方向，即为相对运动的方向;第三步，物体所受滑动摩擦力的方向与其相对于另一物体的运动方向相反.如图3-3-5所示，传送带以2v的速度按图示方向运动，当物块以1v(21vv＜)的速度放到传送带上时，若以传送带为参考系，物块向左运动，则物块受到向右的滑动摩擦力.③滑动摩擦力方向可能跟物体的运动方向相反，也可能跟运动方向相同.3、滚动摩擦滚动摩擦是指一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦.压力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦小很多.4、摩擦力的有误和方向的判断滑动摩擦力静摩擦力有无判断条件判断：即接触面之间有压力，粗糙且有相对运动(1)条件判断:即接触面之间有压力，粗糙且有相对运动趋势(2)假设法:假设接触面光滑，而不存在摩擦力，若物体原来的运动状态改变，说明存在摩擦力;若物体的运动状态保持不变，说明不存在摩擦力(3)状态法:物体的运动状态和物体受到的力有密切关系.如木块在水平传送带上和传送带一起匀速运动，木块不受传送带的静摩擦力(如图所示)(4)力的相互作用法:当一物体受摩擦力方向不易判断时，可根据与之相互作用的另一物体所受摩擦力情况进行判断，然后依据二力等大反向的特点进行判定方向判断(1)选取受力物体(2)确定施力物体(3)判断受力物体相对施力物体的运动方向(4)滑动摩擦力方向与相对运动方向相反(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)摩擦力方向与相对运动趋势方向相反5、摩擦力大小的计算在计算摩擦力的大小之前，必须首先分析物体的运动情况，判断是滑动摩擦力还是静摩擦力.(1)滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小遵从摩擦定律，即NfFF，式中叫动摩擦因数，它的数值跟两个相关物体的材料和接触面的粗糙程度有关；NF是接触面的正压力，它与物体的重力G是两种不同性质的力，NF的大小、方向与G的大小、方向均不一定相同·滑动摩擦力fF的大小跟物体的运动速度、接触面面积的大小没有关系.计算滑动摩擦力的大小的关键是根据平衡方程或动力学方程(后面将学习)计算正压力NF的大小.(2)静摩擦力大小的计算静摩擦力问题一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡方程或动力学方程(后面将学习，现在可用二力平衡的知识)求解。静摩擦力的大小与物体的运动情况有关，其数值在0～maxfF之间(maxfF为最大静摩擦力)，maxfF略大于滑动摩擦力fF，通常可近似认为fmaxfFF【例】重为400N的木箱放在水平地面上，木箱与地面间的最大静摩擦力是120N，动摩擦因数是0.25，如果分别用70N和150N的水平力推木箱，木箱受到的摩擦力分别是多少牛?【解析】计算摩擦力时应先判断出是静摩擦力还是滑动摩擦力.此题中要用水平力推动木箱，推力必须大于或等于最大静摩擦力120N，若用70N水平力推时，物体没有运动，此时静摩擦力大小可由二力平衡知为70N.当用150N的水平力推时，物体发生相对运动，此时滑动摩擦力为：NfFF，根据竖直方向二力平衡得mgFN，所以N001mgFf。四、典型例题【例1】下列有关静摩擦力的说法中正确的是(C)A、只有静止的物体才受静摩擦力B、静摩擦力与压力成正比C、静摩擦力的方向可能与运动方向垂直D、静摩擦力的方向与物体运动方向一定相反【解析】解此题关键是明确静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反.受静摩擦力作用的物体不一定静止，故A项错;静摩擦力的大小与压力无关，而与物体的运动状态及所受其他力的情况有关，故B项错;静摩擦力的方向可与运动方向成任意角度，故C项正确;静摩擦力的方向与物体运动方向无关，但一定与相对运动趋势方向相反，故D项错【例2】用手握住一个油瓶，油瓶始终处于竖直方向.如图3-3-16所示，下列说法中正确的是(ACD).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、摩擦力等于油瓶与油的总重力【解析】解本题的关键是明确静摩擦力大小与压力大小无直接的关系，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—静摩擦力的大小由油瓶的重力(大小)决定.油瓶越重，它受到的静摩擦力必须越大，手握得紧一点，相应的最大静摩擦力也就大一点，就能保证油瓶不会掉下来;如果手握得不够瞬，正压力不够大。最大静摩擦力小于油瓶的重力，油瓶就会掉下来，所以A,D两项正确.手握得越紧，手与瓶间的压力越大，最大静摩擦力也越大，但只要最大静摩擦力大于油瓶的总重力，油瓶受到的静摩擦力(此情况下应小于最大静摩擦力)就与油瓶的总重力平衡，是一个定值，等于油瓶的重力，可见B项错误，C项正确.【例3】如图3-3-17所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向上共受三个力即1F、2F和摩擦力的作用，木块处于静止状态.其中N10F1，N2F2，若撤出1F，则木块在水平方向上受到的摩擦力为(A).A、2N，方向向右B、6N，方向向右C、2N，方向向左D、零【例4】如图3-3-18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(BC)A、A、B之间无摩擦力B、A受到的摩擦力水平向右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【例5】如图3-3-19所示,C是水平地面，A、B是两个长方形物块，F是作用在物体B上沿水平方向的力，物体A和B以相同的速度做匀速直线运动.由此可知，A、B间的动摩擦因数1和B、C间的动摩擦因数2有可能是(BD）A、01，02B、01，02C、01，02D、01，02【解析】由于物体A和B在力F的作用下以相同的速度一起向右做匀速直线运动，所以B,C间一定存在滑动摩擦力，故02，由于A向右做匀速直线运动，故可知A不受水平外力的作用，即可知A、B间的摩擦力为O,A与B间既无相对运动，又无相对运动的趋势，故1等于零和不等于零均可。【例6】一个重1G=400N的小孩，坐在一块重2G=100N的木块上，用一根绕过光滑定滑轮的轻绳拉住木块，使人和木块处于相对静止一起匀速前进(图3-3-20），已知人的拉力F=70N，则木块与地面间的动摩擦因数为(B).A.0.14B.0.28C.0.70D.0.35【解析】由于小孩与木块保持相对静止，可以作为一个整体.这个整体的受力情况如图3-3-21所示.由平衡条件得整体所受的摩擦力和跟地面间的压力分别为：140NF2Ff，0N05GGF21N，所以28.0500140FFNf五、课堂练习1、对如图所示的皮带传送装置，下列说法中正确的是(BD).A、A轮带动B轮沿逆时针方向旋转B、B轮带动A轮沿逆时针方向旋转C、C轮带动D轮沿顺时针方向旋转D、D轮带动C轮沿顺时针方向旋转2、运动员双手握住竖直的竹竿匀速上攀和匀速下滑时，他所受的摩擦力分别是F