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第3节摩擦力【新课导思】冬天冰面上很滑,人坐在滑冰车上,只要稍用力滑一下,冰车就能滑得很远。如果将滑冰车放在地面上,很难滑动,为什么在冰面上滑动很轻松,在地面上很难滑动?【目标导学】1.知道摩擦力的产生原因。2.会利用弹簧测力计测量摩擦力的大小。3.知道滑动摩擦力大小与哪些因素有关。4.知道增大和减小摩擦力的方法。【自主预习】1.滑动摩擦力:(1)概念:两个相互接触的物体,当它们_________时,在接触面上产生的一种_____________的力。(2)测量:用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做_________运动。根据二力平衡知识,木块受到的滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计对木块的拉力大小。相对滑动阻碍相对运动匀速直线(3)影响因素:滑动摩擦力的大小跟接触面所受的_____有关,接触面受到的_____越大,滑动摩擦力越___。滑动摩擦力的大小还跟接触面的_________有关,接触面越_____,滑动摩擦力越大。压力压力大粗糙程度粗糙2.摩擦的利用与防止:(1)增大摩擦的方法:①_____压力;②_____接触面粗糙程度。(2)减小摩擦的方法:①_____压力;②_____接触面粗糙程度;③变滑动为_____;④两个相互接触的表面_____。增大增大减小减小滚动隔开知识点一认识摩擦力1.把手放在桌面上,轻轻往前推;第二次用力压着桌面往前推,两次手的感觉_________(选填“相同”或“不同”),第_________次更费力。参考答案:不同二2.把矩形方框放在条形木板上,用测力计轻轻向右边拉,矩形框就变形为平行四边形,上面的木块倾向右边,而下面的木块还在原来的位置并没有滑动。说明这个矩形框受到木板对它向_________的摩擦力;向右拉动让矩形框在木板上匀速滑动起来,这个矩形框受到木板对它向_________的摩擦力。摩擦力的方向与矩形框相对运动或相对运动趋势的方向_________。提示:用测力计轻轻向右边拉时,上面的木块倾向右边,而下面的木块还在原来的位置并没有滑动。说明有一种阻力在阻碍下面的木块向右滑动,这就是木板对它向左的摩擦力。向右拉动让矩形框在木板上匀速滑动起来,这个矩形框就受到木板对它向左的摩擦力,它是阻碍矩形框向右运动的,摩擦力的方向与矩形框相对运动或相对运动趋势的方向相反。参考答案:左左相反3.由上述实验可得,产生摩擦力的三个条件。(1)两个物体相互_________并相互_________。(2)接触面_________。(3)两物体发生_________或具有_________的趋势。提示:产生摩擦力的条件有三个:(1)两物体相互接触并相互挤压。(2)接触面粗糙。(3)两物体发生相对运动或具有相对运动趋势。答案:(1)接触挤压(2)粗糙(3)相对运动相对运动【示范题1】(2017·景德镇期中)细心的同学会发现商场里安装供顾客上楼的电梯主要有如图所示两种,当顾客站在类似台阶的甲电梯上匀速上升时_________(选填“受”或“不受”)摩擦力,当顾客站在类似斜坡的乙电梯上匀速上升时,受到的摩擦力的方向是沿电梯_________(选填“向上”或“向下”)。【精讲精析】当顾客站在类似台阶的甲电梯上匀速上升时,鞋底和电梯台阶面之间既没有发生相对运动,也没有相对运动的趋势,因此不受摩擦力;当顾客站在类似斜坡的乙电梯上匀速上升时,电梯表面是倾斜的,人站在上面,有向下滑的趋势,因此受到向上的摩擦力的作用。答案:不受向上【微点拨】判断摩擦力方向的方法(1)由摩擦力的概念判断:首先明确研究对象(一般选受力物体)和参照物(一般选施力物体),再弄清研究对象相对于参照物的运动方向,然后由概念判断出研究对象所受摩擦力的方向。(2)由二力平衡的条件判断:根据二力平衡的条件,一对平衡力一定大小相等,方向相反,故可对处于平衡状态的物体进行受力分析,从而来判断摩擦力的方向。【知识拓展】(1)摩擦力的种类。①滑动摩擦力:两个互相接触的物体做相对滑动时,在接触面上产生的一种阻碍相对滑动的力。②滚动摩擦:一个物体在另一个物体表面滚动时产生的力,如轮子或球状物体的滚动。③静摩擦:一个物体相对于另一个物体来说,有相对运动趋势,但没有相对运动时产生的摩擦,它随推力的增大而增大,但不是无限地增大,当推力增大到超过最大静摩擦力时,物体就会运动起来。(2)摩擦力的方向。①滑动摩擦力的方向跟物体相对运动的方向相反。②静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反。知识点二探究影响滑动摩擦力大小的因素1.提出问题:滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关呢?2.猜想与假设:滑动摩擦力的大小可能跟_________和_________有关。参考答案:接触面所受的压力接触面的粗糙程度3.实验设计:(1)把木块放在长木板上,用弹簧测力计拉木块,使木块在长木板上做匀速直线运动,测出此时的滑动摩擦力并记录在表格中。(2)在木块上放砝码,从而改变木块对长木板的压力,匀速拉动木块测出此时的滑动摩擦力并记录在表格中。(3)换用材料相同但表面粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变匀速拉动木块测出此时的滑动摩擦力并记录在表格中。4.数据记录:序号压力情况接触面情况滑动摩擦力/N甲木块长木板0.5乙木块和砝码长木板1.5丙木块和砝码表面粗糙的长木板25.分析与论证:分析实验数据,可得出实验结论:(1)与压力的关系:__________。(2)与接触面粗糙程度的关系:__________。提示:(1)分析甲、乙两实验,接触面相同,乙受到的压力较大,乙受到的滑动摩擦力较大,故可得出接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。(2)分析乙、丙两实验,压力相同,丙接触面较粗糙,滑动摩擦力较大,故可得出压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。参考答案:(1)接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大(2)压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大6.交流与讨论:(1)实验中用到的实验方法是_______。参考答案:控制变量法和转换法(2)测量摩擦力的原理是__________。提示:因为摩擦力的大小无法显示,故可以通过转换法利用二力平衡的条件,将其转换为可以测量的物理量。参考答案:二力平衡(3)滑动摩擦力的大小与接触面积和速度有关吗?如何设计实验验证猜想?提示:因为滑动摩擦力与多个因素有关,故在探究时需采用控制变量法。参考答案:①探究与接触面积的关系。思路:保证压力和接触面粗糙程度、物体运动速度不变,只改变接触面积的大小。操作:用同一个长方体木块,平放在水平面上,使其在水平面上做匀速直线运动,然后将其竖放在同一个水平面上,以相同的速度做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数。②探究与运动速度的关系。思路:保证压力和接触面粗糙程度、接触面积不变,只改变物体运动速度。操作:用同一个长方体木块,平放在水平面上,以一定的速度使其在水平面上做匀速直线运动,增大速度,仍然使其做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数。(4)如果将弹簧测力计固定不动,木块挂在弹簧测力计的挂钩上,拉动木板匀速前进,这样做与拉动木块有什么区别?提示:滑动摩擦力的大小与拉动木板的快慢、是否匀速无关,由于弹簧测力计是静止的,容易读出正确的数值,而拉动木块时弹簧测力计的示数容易不稳定,读数误差较大。参考答案:拉动木块下面的木板,保持弹簧测力计不动,使实验更容易操作,且弹簧测力计相对于操作者静止不动,与拉动木块时进行读数相比更加稳定、准确,减小误差。【示范题2】(2017·赤峰中考)某实验小组认为滑动摩擦力的大小可能与接触面积和压力的大小有关。为了检验猜想是否正确,他们用同一套器材做了如图所示的三次实验:①用弹簧测力计匀速拉动木块使它沿水平木板滑动,弹簧测力计的示数为F1。②改变木块与木板的接触面积,重做上述实验,弹簧测力计的示数为F2。③在木块上加放砝码,用弹簧测力计匀速拉动木块使它沿水平木板滑动,弹簧测力计的示数为F3。发现:F1=F2F3。(1)比较_________(填实验序号)两次实验可以初步验证滑动摩擦力的大小与压力的关系。(2)实验结果初步表明,滑动摩擦力的大小与压力有关,与接触面积_________。(3)实验中,如果弹簧测力计的示数不稳定,可能的原因是_________(填选项序号)。A.木板过长B.木块运动速度太大C.弹簧测力计的分度值太大D.木板的粗糙程度不均匀【解析】本题考查滑动摩擦力的探究实验。(1)由表中实验数据可知,实验①、③的接触面的粗糙程度相同,压力不相同,因此分析①、③两次实验数据可以得出滑动摩擦力与压力的关系。(2)由表中实验数据可知,实验序号为①、②的实验,物体间接触面的粗糙程度相同、压力相同,接触面积不同,发现:F1=F2,因此分析①、②两次实验数据可以得出滑动摩擦力与接触面积的大小无关。(3)木板的长短不会影响摩擦力的大小,所以不是造成弹簧测力计的示数不稳定的原因,故A错误;木块运动速度不影响摩擦力的大小,所以不是造成弹簧测力计的示数不稳定的原因,故B错误;弹簧测力计的分度值太大,只会使测量的准确度降低,不是造成弹簧测力计的示数不稳定的原因,故C错误;木板的粗糙程度不均匀,影响摩擦力的大小,会造成弹簧测力计的示数不稳定,故D正确;故选D。答案:(1)①③(2)无关(3)D【易错易混警示】(1)物体只有水平放置时对木板压力的大小才等于重力的大小,物体只有在水平方向上做匀速直线运动时,所受摩擦力的大小才等于拉力的大小。(2)滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,与接触面的面积大小、物体匀速运动时的速度无关。知识点三摩擦的利用与防止1.有益摩擦和有害摩擦:(1)有益摩擦:在日常生活和生产中,许多情况下的摩擦力是有益的,不可缺少的,如走路或跑步时鞋底与地面的摩擦,拿东西时手与物体间的摩擦等。(2)有害摩擦:在某些情况下摩擦又是有害的,如机器工作时各运动部件间的摩擦等。2.增大和减小摩擦的方法:方法实例增大有益摩擦的方法增大压力刹车时用力捏闸,鞋底的花纹等增大接触面的粗糙程度变滚动为滑动减小有害摩擦的方法减小压力加润滑油,车上安装轮子等减小接触面的粗糙程度使接触面分离变滑动为滚动【示范题3】(2017·烟台中考)在日常生活中,有时需要增大摩擦力,有时需要减少摩擦力,如图所示的实例中,属于增大摩擦力的是()【解析】选B。本题考查增大摩擦力的方法。自行车车轴装有滚珠轴承、轮滑鞋的底部装有滚轮,都是用滚动代替滑动来减小摩擦,故A、D不符合题意;运动鞋底表面刻有花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故B符合题意;在自行车车轮的齿轮处加注机油,是让摩擦面彼此分开减小摩擦力;故C不符合题意。【易错易混警示】相互接触的物体间压力增大,摩擦力不一定增大。如在竖直墙壁上的物体,用力压紧使其处于静止状态,此时重力和摩擦力是一对平衡力。当压力增大时,物体还处于平衡状态,重力大小不变,摩擦力大小也不变。【教材图片·考点阐释】命题点滑动摩擦力的测量用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做_________运动,利用了学过的________原理。答案:匀速直线二力平衡命题点摩擦的利用与防止冰壶的最上面覆盖着一层特制的微小颗粒。如图所示,一名队员将冰壶掷出后,另外两名队员用冰刷刷冰面。目的是_______冰壶与冰面之间的摩擦,_________冰壶滑行的距离。(均选填“增大”或“减小”)答案:减小增大