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第三章相互作用第3节摩擦力第三章相互作用学习目标核心素养形成脉络1.知道摩擦力的定义及分类．(重点)2.理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件．(重点)3.会判断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小．(难点)4.了解最大静摩擦力的概念.一、静摩擦力1．定义：两个物体之间只有，而没有时产生的摩擦力叫做静摩擦力．2．方向：总是沿着，并且跟物体的方向相反．相对运动趋势相对运动接触面相对运动趋势3．大小：当相对运动趋势增强时，静摩擦力也随着增大，但有一个限度，这个静摩擦力的最大值叫做．而两物体间实际发生的静摩擦力F在与之间，即．最大静摩擦力0最大静摩擦力Fmax0F≤Fmax二、滑动摩擦力1．定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体的力，这种力叫做滑动摩擦力．2．方向：总是沿着，并且跟物体的的方向相反．3．大小：两个物体间的滑动摩擦力的大小跟成正比，用公式表示为F＝，其中μ是比例常数(它是两个力的比值，没有单位)，叫做，它的数值跟相互接触的两个物体的有关，还跟接触面的情况(如粗糙程度)有关．阻碍它滑动接触面相对运动压力μFN动摩擦因数材料判一判(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势．()(2)摩擦力一定产生于两个相互接触的物体间．()(3)滑动摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同．()(4)摩擦力的大小与正压力成正比．()×√√×做一做如图所示，若小猫沿树匀速攀上和匀速下滑，它所受的摩擦力分别是F1和F2，则()A．F1向下，F2向上，且F1＝F2B．F1向下，F2向上，且F1F2C．F1向上，F2向上，且F1＝F2D．F1向上，F2向下，且F1＝F2答：选C.由题意可知，小猫向上、向下均做匀速运动，且小猫受重力、摩擦力作用，故二力平衡，由重力的大小和方向可推断出摩擦力总是向上的，且大小等于小猫的重力．故选C.想一想如图所示，F1赛车的加速性能很好，试分析F1赛车在加速阶段的动力来源．答：车辆在地面上不打滑的情况下，车轮与地面接触时是相对静止的，车轮高速运转时，相对地面向后运动，给地面一个向后的静摩擦力，同时地面给车轮一个向前的静摩擦力，推动赛车加速运动，这个静摩擦力就是赛车的动力．对静摩擦力的理解和应用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压力(弹力)．摩擦力与弹力的存在关系：两物体间有摩擦力时，必有弹力；而两物体间有弹力时，不一定有摩擦力．2．对“相对运动趋势”的理解(1)相对运动趋势，是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能，但还处于相对静止状态．(2)相对运动趋势的方向，是指假设接触面光滑时，物体将要发生相对运动的方向．3．静摩擦力的有无判断的方法(1)条件判断法：接触面之间有弹力、粗糙且有相对运动趋势．(2)假设法：4．静摩擦力的方向判定方法直接法对于相对运动趋势比较明显的情况，可以根据“静摩擦力的方向沿着接触面与相对运动趋势的方向相反”直接判断假设法假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动，从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向状态法当物体受力处于平衡状态时，根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向力的作用效果法如果相互接触的物体间存在静摩擦力，则必有相应的作用效果，或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态，可利用作用效果确定静摩擦力的方向力的相互性法若甲、乙两物体间有静摩擦力，并且能判断出甲对乙的静摩擦力的方向，则乙对甲的静摩擦力的方向与甲对乙的静摩擦力的方向相反5.静摩擦力的大小静摩擦力在0F≤Fmax内随外力的变化而变化，一般根据物体的受力情况和平衡条件求解．命题视角1对静摩擦力的有无和方向的判断判断如图中物体A是否受摩擦力作用(A和B相对静止)；若有，判断A受的摩擦力沿什么方向？(1)图a中A、B相对地面静止；(2)图b中A、B相对地面静止；(3)图c中A、B一起向右做匀速直线运动；(4)图d中A、B一起向右做匀速直线运动．[思路点拨]可利用假设法判断静摩擦力的有无及方向．[解析]图a情况物体A处于平衡状态，假设物体A受静摩擦力作用，根据二力平衡知识可知，物体A的平衡状态被破坏，因此假设是错误的，故在图a情况下物体A不受摩擦力．图b情况下物体A也处于平衡状态，由于A受向右的力F的作用，由二力平衡知A一定受向左的静摩擦力作用．图c情况，用力F拉水平地面上的B物体，B物体及其上面的A物体保持相对静止做匀速直线运动，假设A受静摩擦力作用，根据二力平衡知识可知，物体A的平衡条件被破坏，因此假设是错误的，A不受摩擦力作用．图d情况下，由于A做匀速直线运动，说明A在水平方向上平衡，根据二力平衡可知，A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用与F相平衡，静摩擦力的方向与运动方向相反．[答案](1)不受摩擦力作用(2)向左的静摩擦力(3)不受摩擦力作用(4)向左的静摩擦力如图所示，一质量M＝2kg的物体放在动摩擦因数μ＝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m0＝0.1kg的小桶相连．已知M与水平面间的最大静摩擦力Fm＝4.5N，滑轮的摩擦不计，g＝10N/kg，求在以下情况中M受到的摩擦力的大小．(1)只挂m0，处于静止状态时；(2)只挂m0，但在M上再放一个M′＝3kg的物体时；(3)只在桶内加入m1＝0.33kg的沙子时．[思路点拨]解答本题时应明确以下两点：(1)小桶静止时，根据二力平衡知：FT＝m桶g.(2)M静止时，根据二力平衡知：Ff＝FT.[解析](1)因为m0g＝1NFm，M处于静止状态，所以受静摩擦力作用，由二力平衡得F1＝m0g＝1N.(2)在M上再放一个M′＝3kg的物体，M仍静止，故所受静摩擦力F2＝F1＝m0g＝1N.(3)因为(m0＋m1)g＝4.3NFm，故M处于静止状态，所受静摩擦力F3＝(m0＋m1)g＝4.3N.[答案](1)1N(2)1N(3)4.3N易混淆的“三个方向”的辨析(1)运动方向：物体的运动方向一般选地面上固定不动的物体作为参考系判定．(2)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相对物体A的运动方向，反之也可．(3)相对运动趋势的方向：由于两物体间静摩擦力的存在而没有发生相对运动，其相对运动方向可用假设法(假设无静摩擦力)判定．【通关练习】1．关于静摩擦力，下列说法中正确的是()A．两个表面粗糙的物体，只要直接接触就会产生静摩擦力B．静摩擦力总是阻碍物体的运动C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值解析：选C.由于静摩擦力产生在彼此直接接触且相互挤压、接触面粗糙又有相对运动趋势的物体之间，所以A错误；静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，不能说成阻碍物体的运动，所以B错误，C正确；两物体间静摩擦力的大小通常随物体所受其他外力的变化而变化，因此D错误．2.(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向)，如图所示．下列说法中正确的有()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．不管手握得有多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的D．以上说法都正确解析：选AC.用手握住油瓶，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受到的重力平衡，静摩擦力的大小由油瓶和油受到的重力(大小)决定；油瓶变重，它受到的静摩擦力必须随之增大，即手握得紧一点才能保证油瓶不会掉落下来；如果手握得不够紧，正压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶受到的重力，油瓶就会掉下来，所以选项A正确；手握得越紧，手与油瓶之间的正压力越大，最大静摩擦力也越大，但是油瓶受到的是与油瓶重力相平衡的静摩擦力，大小等于油瓶受到的重力，可见，选项B、D错误，选项C正确．3．(多选)(2019·江西赣州高一月考)如图所示，有一个重力不计的方形容器，被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态，现缓慢地向容器内注水，直到将容器刚好盛满为止，在此过程中容器始终保持静止，则下列说法中正确的是()A．容器受到的摩擦力不变B．容器受到的摩擦力逐渐增大C．水平力F可能不变D．水平力F必须逐渐增大解析：选BC.由题知物体处于静止状态，受力平衡，摩擦力等于容器和水的总重力，所以容器受到的摩擦力逐渐增大，故A错误，B正确；水平方向受力平衡，力F可能不变，故C正确，D错误．滑动摩擦力1．滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触挤压．(2)物体间的接触面不光滑．(3)两物体间存在相对运动．“相对运动”的含义：滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间，但并不意味着受滑动摩擦力的物体相对于地面是运动的，即受到滑动摩擦力作用的物体不一定运动．2．滑动摩擦力的方向(1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反．(2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反．3．滑动摩擦力的大小公式法F＝μFN①正压力FN是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，FN的大小根据物体的受力情况确定②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关二力平衡法物体处于平衡状态(匀速直线运动或静止)时，根据二力平衡条件求解命题视角1对滑动摩擦力的有无及方向的判断如图所示，一辆汽车在平直公路上，车上有一木箱．试判断下列情况中，木箱所受的摩擦力及其方向．(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．[思路点拨]先搞清物体间有无相对运动，再判断物体间的相对运动方向，然后判断摩擦力的方向，摩擦力既可以是动力，也可以是阻力．[解析](1)木箱随汽车一起由静止加速运动，假设二者的接触面是光滑的，则汽车加速时，木箱由于惯性要保持原有的静止状态，因此它将相对于汽车向后滑动．而实际上木箱没有滑动，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动，而实际上木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向前滑动的趋势，所以木箱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，假设木箱受水平向前的摩擦力，跟木箱接触的物体只有汽车，汽车最多能对它施加两个力(支持力F1和摩擦力F2)，由二力平衡知：F1与G平衡，但没有力与F2平衡，木箱不能做匀速直线运动，这与题意矛盾，所以假设错误，即木箱不受摩擦力．(4)汽车刹车时，木箱相对于汽车向前滑动，易知木箱受到向后的滑动摩擦力．(5)汽车在匀速运动过程中突然加速，木箱相对于汽车向后滑动，易知木箱受到向前的滑动摩擦力．[答案](1)静摩擦力向前(2)静摩擦力向后(3)不受摩擦力(4)滑动摩擦力向后(5)滑动摩擦力向前命题视角2对滑动摩擦力的大小计算如图所示，一重为40N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13N，F2＝6N，已知木块与地面间的动摩擦因数为0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：(1)木块受到的摩擦力的大小和方向；(2)当只将F1撤去时，木块受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木块受到的摩擦力的大小和方向．[思路点拨][解析]当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑＝μFN＝μG＝0.2×40N＝8N，故木块受到地面的最大静摩擦力为8N.(1)加上F1、F2后，F1和F2相当于一个方向向右的F＝F1－F2＝7N的力，由于F小于最大静摩擦力，故木块处于静止状态，则木块受到地面静摩擦力的作用，大小为7N，方向水平向左．(2)由于F2小于最大静摩擦力，故木块仍保持静止．由二力平衡知识知，木块受到的静摩擦力大小等于F2，即大小为6N，方向水平向右．(3)撤掉F2后，由于F1大于最大静摩擦力，则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小为8N，方向水平向左．[答案](1)7N水平向左(2)6N水平