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课时14摩擦力课前导航不“听话”的铅笔伸出两个食指，使两手指平行且位于同一水平面，把一根铅笔放在这两个指头上，这时候使两个指头慢慢地向中间靠拢，通过移动手指的办法来移动铅笔，会发现一个有趣的现象：铅笔总是先相对一指滑动一下，再相对另一指滑动一下，相对两指交替移动，有时动得多，有时动得少．到底哪个手指能够使铅笔移动，完全不受操纵者支配，铅笔似乎很不“听话”．请你思考：1．是什么力使铅笔在手指上发生了移动？是不是摩擦力？2．为什么铅笔总是相对手指交替移动？关键在哪里？3．如果给一只手指戴上一只绒布手套，再做这个实验，跟以前相比，铅笔变得“听话”一些了吗？4．你猜到影响摩擦力大小的因素有哪些了吗？基础梳理知识精析一、摩擦力及产生条件1．摩擦力产生的条件是：(1)两物体相互压紧有弹力作用；(2)接触面不光滑；(3)有相对运动或相对运动趋势．这三个条件必须同时满足才有摩擦力产生．2．静摩擦力中的“静”和滑动摩擦力中的“动”都是相对的，指的是接触面之间的相对静止或相对运动，而不是物体对地的运动，因此，静止的物体也可能受到滑动摩擦力作用，而运动的物体也可能受到静摩擦力作用．3．摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势，而不是阻碍物体对地的运动，因此，摩擦力可以是阻力，也可以是动力．4．摩擦力的方向与接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反，但可能与物体的运动方向同向、反向或有一定夹角．例如趴在匀速行驶的火车车厢后壁上的一只壁虎，受到的静摩擦力的方向竖直向上以阻止它的下滑，与运动方向夹角为90°.二、静摩擦力的方向与大小1．判断静摩擦力是否存在，可用如下两种方法．(1)条件判断法根据是否满足静摩擦力存在的条件判定，其中“看物体间有没有相对运动趋势”是关键也是难点．相对运动趋势：如果两物体间光滑，物体会发生相对运动，由于两物体间不光滑(有摩擦力)，物体保持相对静止，这样的物体就有“相对运动趋势”．(2)假设法在判断物体间是否存在静摩擦力时，先假设接触面是光滑的，看物体是否会发生相对运动；如果物体仍保持相对静止，则物体不受静摩擦力，反之则受静摩擦力．2．静摩擦力的方向一定沿接触面，与物体相对运动趋势方向相反．相对运动趋势方向可以采用假设法判断：假设接触面光滑，原来保持相对静止但有相对运动趋势的物体，就有了相对运动，物体的运动方向也就是原来的相对运动趋势方向．另外也可以用二力平衡条件判定，如图14-1所示，用手握住酒瓶静止不动时，由二力平衡知，手对酒瓶的静摩擦力一定竖直向上(与重力反向)．图14-13．静摩擦力的大小没有固定的计算公式，这一点与滑动摩擦力是不同的，静摩擦力的大小随着相对运动趋势强弱变化而在0到最大静摩擦力Fmax之间变化，跟接触面相互挤压的力无直接关系，求解大小时一般用平衡条件(当然，当我们学习了牛顿运动定律后，也可用牛顿运动定律求解)．而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，无特殊说明时，可认为它们的数值相等．三、滑动摩擦力的大小计算1．公式法：根据公式F=μFN计算．说明：(1)公式中的FN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．(2)式中的μ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．(3)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．2．二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速、静止)时，根据二力平衡条件求解．方法指导一、理解摩擦力例1下列说法正确的是()A．两个互相接触的物体之间一定有弹力作用B．一个物体静止在另一个物体的表面上，它们之间一定不存在摩擦力的作用C．两个物体之间如果有弹力的作用，就一定有摩擦力的作用D．两个物体之间如果有摩擦力的作用，就一定有弹力的作用解析准确理解摩擦力的概念是解答此类问题的关键，具体分析如下：答案D选项内容指向，联系分析结论A两物体相接触仅是弹力产生的条件之一，要产生弹力，两物体接触面处必须发生弹性形变.错误B两物体相对静止，可能有静摩擦力存在.错误C两物体间有弹力仅是物体间存在摩擦力的条件之一，要有摩擦力产生，还必须满足表面粗糙和有相对运动或相对运动趋势.错误D两物体间有弹力是摩擦力存在的前提条件.正确误区警示本题易错选C.原因是没弄清弹力与摩擦力的存在条件，弹力是摩擦力存在的必要条件，有摩擦力一定有弹力，有弹力不一定有摩擦力.二、摩擦力的判定例2如图14－2所示，A、B两物体竖直叠放在水平面上，今用水平力F拉B物体，两物体均静止，那么物体A是否受静摩擦力作用呢？图14-2解析由于力作用在物体B上，且A、B均静止，故A相对B无运动趋势，所以物体A不受静摩擦力作用．该题还可以用假设法：假设A受到静摩擦力作用，该摩擦力方向一定与接触面平行，即沿水平方向．根据力的作用效果知，A物体在摩擦力作用下不可能处于平衡状态，与题意是矛盾的，故A物体不受静摩擦力作用．答案不受变式训练1(1)在例2的已知条件下，若用水平力F作用于A物体，两物体均静止，那么A、B两物体所受静摩擦力情况如何？(2)在例2的已知条件下，若两大小相等的水平力F分别作用于物体A、B上．如图14-3所示，两物体均静止，A、B两物体所受静摩擦力的情况又如何？图14-3解析(1)假设A、B接触面光滑，A物体在力F作用下向右运动．由此可得：A相对于B有向右运动的趋势，A受静摩擦力方向向左，而B相对于A有向左运动的趋势，B受A的静摩擦力方向向右；将A、B看做一个整体，易知B相对地面有向右运动的趋势，地面给B的静摩擦力方向向左．(2)A物体在力F作用下相对于B有向左滑的趋势，所以B对A的静摩擦力方向向右，B相对于A有向右运动的趋势，所以A对B的静摩擦力方向向左；取A、B为一整体，因两水平外力作用效果相抵消，B相对于地面无相对运动趋势，所以B与地面间无静摩擦力．答案(1)A受B的静摩擦力水平向左，B受A的静摩擦力水平向右，B受地面的静摩擦力水平向左．(2)A受B的静摩擦力水平向右，B受A的静摩擦力水平向左，地面与B之间无静摩擦力．三、摩擦力大小的计算例3如图14-4所示，用水平力F将一个木块压在竖直墙壁上，已知木块重G=6N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ=0.25.问：图14-4(1)当F=25N时，木块没有动，木块受到的摩擦力为多大？(2)当F增大为30N时，木块仍静止，木块受到的摩擦力为多大？(3)当F=10N时，木块沿墙面下滑，此时木块受到的摩擦力为多大？(4)当F=6N时，木块受到的摩擦力又为多大？解析(1)对木块进行受力分析，木块没动，说明木块处于平衡状态，根据二力平衡条件知，木块受的静摩擦力一定和重力大小相等，方向相反，F1＝6N.(2)当F增大为30N时，木块与墙壁之间仍然是静摩擦力，这个力与重力相平衡，因此F2＝6N.(3)当F＝10N时，木块沿墙面下滑，此时木块和墙面之间是滑动摩擦力，F3＝μFN＝0.25×10N＝2.5N.(4)当F＝6N时，木块与墙之间仍是滑动摩擦力，F4＝μFN＝0.25×6N＝1.5N.答案(1)6N(2)6N(3)2.5N(4)1.5N点评(1)求解静摩擦力的大小时，要先对物体进行受力分析，然后根据平衡条件求出大小．(2)应用公式F＝μFN求滑动摩擦力的大小时，关键是求解FN，一般情况下，只要在垂直于接触面方向上进行受力分析，再应用平衡条件即可求出．要特别注意：FN不一定等于mg.变式训练2如图14-5所示，质量为m的木块被水平推力压着，静止在竖直墙壁上，若将推力F的大小增加到2F，则()图14-5A．木块所受墙面的弹力增加到原来的2倍B．木块所受墙面的摩擦力增加到原来的2倍C．木块所受墙面的摩擦力方向向下D．木块所受墙面的摩擦力不变解析应用二力平衡来判断物与墙的弹力和摩擦力情况，由于木块是静止的，因此木块与墙之间的摩擦力应为静摩擦力．木块在水平方向受到推力F和墙对它的弹力FN，它们是一对平衡力，即FN＝F，则当F增加到2F时，FN也增加到2F.在竖直方向上，木块的重力与墙面对木块的静摩擦力是一对平衡力，即木块受到墙面的摩擦力恒等于木块重力．物体相对墙壁有向下的运动趋势，因而静摩擦力方向沿墙壁向上．综上所述，只有选项A、D正确．答案AD互动平台育才老师与细心同学的对话育才：学过摩擦力之后，就可以应用摩擦力的知识解释前面小实验中观察到的现象了．请问细心同学，铅笔压在两个手指上，对每一个指头的压力有可能完全相同吗？细心：我想铅笔重心不会恰好在两指的正中央，这样铅笔对手指的压力总是一个力大于铅笔重力的一半，一个力小于铅笔重力的一半，如图14－6所示．图14-6育才：对，正是因为正压力不同，而两个指头又是一模一样的，才造成了两指对铅笔的摩擦力不同．细心：当重心偏向左指一侧时，左指对铅笔的最大静摩擦力就大于右指对铅笔的最大静摩擦力，此时企图用右指移动铅笔时，右指就相对铅笔滑动，而铅笔保持不动，所以铅笔是不听右指的使唤的．育才：既然明白了什么情况下铅笔不听右指的使唤，当然就不用老师解释在什么情况下铅笔不听左指使唤了．细心：原来铅笔“没听操纵者的话”，铅笔“听的是摩擦力的话”．育才：在一只手指上戴上一只绒布手套后，相当于增大了戴着手套的这只手指与笔杆间的粗糙程度，用这个指头移动起铅笔，当然“得心应手”．这一个小实验实际上是让我们体会了与摩擦力相关的两个因素．育才：请问细心同学，还想更多了解一些与摩擦有关的知识吗？细心：好啊！育才：利用振动使正压力瞬间消失从而克服摩擦力的方法应用很广泛．农民往口袋里装粮食，为了把口袋装得实一些，常常把口袋摇一摇，晃一晃，蹾一蹾，这样就能够克服谷粒之间的摩擦力，使谷粒下沉，口袋里就可以多装一些粮食．建筑工人在浇筑混凝土的时候，为了把水泥砂石捣实，把振动器放入混凝土中，让它不停地振动，砂石就能够克服彼此之间的摩擦力，从而充满模具内每一个角落．细心：振动器？莫非就是建筑工地上发出让人讨厌的嗡嗡声、吵得人难以入睡的家伙．现在听老师这么说，我对这个可恶的东西似乎萌生好感了．育才：当然，并不是所有的振动都有益，振动减小摩擦也会带来危害，建筑钢铁大桥尽量用铆钉而不用螺栓，一个重要的原因就是车辆过桥会使大桥振动，引起螺栓松动，容易造成事故．细心：老师喋喋不休地“诲人不倦”，弟子只好硬着头皮“学而不厌”喽！育才：上面这些仅仅作为了解，希望能起到开阔视野的作用．下面给同学们介绍一个通过改变压力而使摩擦力改变的实例．找一块木板，把木板的一头垫高一些，使木板略微倾斜，然后，把一只墨水瓶放在木板上，因为存在摩擦力，墨水瓶不能下滑．但是，当你轻轻敲打木板的时候，墨水瓶会一点一点地滑下来．细心：我想墨水瓶滑下来的原因应该是这样的：木板受到敲打的时候会振动起来，墨水瓶会微微跳起，在墨水瓶不与木板接触的短暂时间里，它和木板之间的正压力几乎为零，摩擦力也几乎为零，于是，墨水瓶就向下滑落一点，不停地敲打木板，墨水瓶就会一点一点地滑落下来了．育才：嗯，真聪明！