
1、摩擦力:兩個互相接觸的物體,當(dāng)它們要發(fā)生或 已經(jīng)發(fā)生相對運動時,就會在接觸面是產(chǎn)生一種阻礙相對運動的力,這種力就叫摩擦力。
2、滑動摩擦力的大小跟接觸面的粗糙程度和壓力大小 有關(guān)系。壓力越大、接觸面越粗糙,滑動摩擦力越大。
3、增大有益摩擦的方法:增大壓力和使接觸面粗糙些。
減小有害摩擦的方法:(1)使接觸面光滑和減小壓 力;(2)用滾動代替滑動;(3)加潤滑油;(4)利用氣墊。(5)讓物體之間脫離接觸(如磁懸浮列車)。
高中知識預(yù)習(xí):
滑動摩擦力f:
f阻礙了糧袋相對皮帶向下滑動的趨勢 f 阻礙冰壺相對地面向前運動
一個物體在另一個物體表面上存在相對滑動的時候,要受到另一個物體阻礙它們相對滑動的力,這種力叫做滑動摩擦力。
(1)產(chǎn)生條件:①接觸面是粗糙;②兩物體接觸面上有壓力;③兩物體間有相對滑動。
(2)方向:總是沿著接觸面的切線方向,且與相對運動方向相反。
(3)大?。号c正壓力成正比,即Fμ=μFN ,其中的FN表示正壓力,正壓力不一定等于重力G。
[注意]: = 1 \* GB3 ①摩擦力方向始終接觸面切線,與壓力正交,跟相對運動方向相反.(摩擦力是阻礙物體相對運動,不是阻礙物體運動)
= 2 \* GB3 ②相對運動趨勢是指兩個相互接觸的物體互為參照物時所具有的一種運動趨勢.
= 3 \* GB3 ③動摩擦因數(shù)是反映接觸面的物理性質(zhì),它只與接觸面的粗糙程度;接觸面的材料有關(guān),與接觸面積的大小和接觸面上的受力無關(guān).此外,動摩擦因數(shù)無單位,而且永遠(yuǎn)小于1.
= 4 \* GB3 ④增大/減小有益/有害摩擦的方法:增大/減小壓力;用滑動/滾動代替滾動/滑動;增大/減小接觸面粗糙程度.
= 5 \* GB3 ⑤摩擦力方向可能與運動方向相同,也可能相反,但與相對運動或趨勢方向相反.
⑥皮帶傳動原理:主動輪受到皮帶的摩擦力是阻力,但從動輪受到的摩擦力是動力.
4.靜摩擦力:
當(dāng)一個物體在另一個物體表面上有相對運動趨勢時,所受到的另一個物體對它的力,叫做靜摩擦力。
(1)產(chǎn)生條件:①接觸面是粗糙的;②兩物體接觸面上有壓力;③兩物體有相對運動的趨勢.
(2)方向:沿著接觸面的切線方向,且與相對運動趨勢方向相反。
(3)大?。河墒芰ξ矬w所處的運動狀態(tài)、根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律來計算。其可能的取值范圍是 0<Ff≤Fm。
注意:摩擦力的方向和物體的運動方向可能成任意角度。通常情況下摩擦力方向可能和物體運動方向相同(作為動力),可能和物體運動方向相反(作為阻力),也可能和物體速度方向垂直(作為勻速圓周運動的向心力),在特殊情況下,可能成任意角度。
3. 力的示意圖:
用一有方向線段把力的大小、方向和作用點粗略表示出來的方法。
課程要求
1.知道滑動摩擦力產(chǎn)生的條件,會判斷滑動摩擦力的方向。
2.知道滑動摩擦力的大小跟什么有關(guān),知道滑動摩擦力跟壓力成正比。
3.知道靜摩擦產(chǎn)生的條件,會判斷靜摩擦力的方向,知道最大靜摩擦的概念。
典例剖析
[典例1]皮帶運輸機把貨物由低處送到高處(貨物相對于皮帶靜止)。試分析此時貨物相對于皮帶的運動趨勢方向和所受的靜摩擦力的方向。
【答案】沿皮帶向上
【解析】若貨物與皮帶的接觸面是光滑的,那么當(dāng)把貨物放在皮帶上時,貨物在重力作用下將向下滑行而無法向上運動,即貨物相對于皮帶的運動趨勢方向是向下的,由于靜摩擦力的方向與物體相對運動趨勢方向相反,所以貨物受到的靜摩擦力方向沿皮帶向上。
總結(jié)提高:此題中貨物受到的靜摩擦力與運動方向相同,是動力(與運動方向相同),不是阻力。有些問題靜摩擦力是阻力,請同學(xué)找實例分析。
[典例2]關(guān)于摩擦力,下述說法正確的是( )
A.兩物體間有彈力時,一定有摩擦力
B.靜摩擦力只發(fā)生在靜止的物體之間
C.摩擦力總阻礙物體的運動
D.用手握住一只瓶子,由于靜摩擦力作用,瓶子保持豎直且靜止不動,握的力增大,靜摩擦力并不增大
【答案】D
【解析】由摩擦力產(chǎn)生的條件可知A項錯;靜摩擦力發(fā)生在相對靜止的物體之間,運動的物體之間也可以產(chǎn)生靜摩擦力,故B項錯;摩擦力阻礙物體間的相對運動,不一定阻礙物體的運動,故C項錯;手握瓶子,使瓶子保持豎直且靜止不動,在豎直方向上瓶子受到重力和手給的靜摩擦力,二者是平衡力,等大反向.當(dāng)握力增大時,瓶子與手之間的最大靜摩擦力增大,而瓶子所受的靜摩擦力大小仍等于瓶子的重力,故D項正確.故選D.
誤區(qū)警示:(1)A項中,學(xué)生容易弄錯彈力和摩擦力的關(guān)系,彈力是摩擦力的必要條件之一,有摩擦力時必有彈力,反之不成立.
(2)C項的說法是對摩擦力的一個典型的錯誤認(rèn)識,摩擦力阻礙的是相對運動而不是運動.
[典例3]如圖所示,A、B兩物體疊放在水平面上,水平力F作用在A上,使兩者一起向右做勻速直線運動,下列判斷正確的是( )
A.由于A、B一起做勻速直線運動,故A、B間無摩擦力
B.B對A間有靜摩擦力,方向向左
C.地面對B有滑動摩擦力,方向向左
D.B物體受到了向右的靜摩擦力和向左的滑動摩擦力
【答案】BCD
【解析】以A為研究對象,它和B一起做勻速直線運動,也就是說它們之間沒有相對運動,它受到了一個向右的水平拉力F,它一定還要受到一個向左的水平力與拉力F平衡,而A只與B有接觸,故B給A一個水平向左的靜摩擦力與F平衡,故A錯,B正確;力是物體間的相互作用,A受到B對它向左的靜摩擦力,A一定要對B施加一個向右的靜摩擦力,B做勻速直線運動,它在水平方向一定要受到一個向左的力來與A對B的靜摩擦力平衡,B是在水平面上運動,顯然地面對B一個向左的滑動摩擦力,故C、D均正確.故選BCD.
點評:在判斷物體是否受靜摩擦力時,在很多情況下不采用其定義的含義來判斷,而是采用其運動狀態(tài)和受力情況來分析判斷,因為對于一個不動的物體來講,它的運動趨勢的判斷是比較困難的.而滑動摩擦力的判斷,則可以直接由其相對運動的情況來判斷.
[典例4]質(zhì)量為2 kg的物體,靜止在水平地面上,物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5,最大靜摩擦力與滑動摩擦力視為相等,給物體一水平拉力.
(1)當(dāng)拉力大小為5 N時,地面對物體的摩擦力多大?
(2)當(dāng)拉力大小為12 N時,地面對物體的摩擦力多大?
(3)此后若將拉力減小為5 N(物體仍在滑動),地面對物體的摩擦力多大?
(4)若撤去拉力,在物體繼續(xù)滑動的過程中,地面對物體的摩擦力多大?
【答案】(1)5 N (2)10 N (3)10 N (4)10 N
【解析】滑動摩擦力(最大靜摩擦力)大小為μmg=0.5×2×10 N=10 N.
(1)當(dāng)拉力F=5 N時,F(xiàn)<Fmax,物體靜止.則由二力平衡知:F靜=F=5 N.
(2)當(dāng)拉力F=12 N時,F(xiàn)>Fmax,物體滑動.則F滑=μFN=μmg=10 N.
(3)當(dāng)拉力又減小為5 N時,物體仍在滑動,故F滑=10 N.
(4)當(dāng)拉力撤去后,由于物體繼續(xù)滑動,故F滑=10 N.
點評:用不同的力拉物體時,物體是運動的,還是靜止的這一點首先要搞清楚,這是解題的關(guān)鍵,當(dāng)物體相對地面靜止時,受到的摩擦力是靜摩擦力;當(dāng)物體相對地面運動時,受到的摩擦力是滑動摩擦力.
(1)計算摩擦力時,應(yīng)先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力,靜摩擦力用平衡條件計算;滑動摩擦力用Ff=μFN計算.
(2)在沒有告訴最大靜摩擦力的情況下,常常利用最大靜摩擦力跟滑動摩擦力近似相等來分析問題.
[典例5]關(guān)于摩擦力,下述說法正確的是( )
A.兩物體間有彈力時,一定有摩擦力
B.靜摩擦力只發(fā)生在靜止的物體之間
C.摩擦力總阻礙物體的運動
D.用手握住一只瓶子,由于靜摩擦力作用,瓶子保持豎直且靜止不動,握的力增大,靜摩擦力并不增大
【答案】D
【解析】由摩擦力產(chǎn)生的條件可知A項錯;靜摩擦力發(fā)生在相對靜止的物體之間,運動的物體之間也可以產(chǎn)生靜摩擦力,故B項錯;摩擦力阻礙物體間的相對運動,不一定阻礙物體的運動,故C項錯;手握瓶子,使瓶子保持豎直且靜止不動,在豎直方向上瓶子受到重力和手給的靜摩擦力,二者是平衡力,等大反向.當(dāng)握力增大時,瓶子與手之間的最大靜摩擦力增大,而瓶子所受的靜摩擦力大小仍等于瓶子的重力,故D項正確.故選D.
誤區(qū)警示:(1)A項中,學(xué)生容易弄錯彈力和摩擦力的關(guān)系,彈力是摩擦力的必要條件之一,有摩擦力時必有彈力,反之不成立.
(2)C項的說法是對摩擦力的一個典型的錯誤認(rèn)識,摩擦力阻礙的是相對運動而不是運動.
[典例6]質(zhì)量為2 kg的物體,靜止在水平地面上,物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5,最大靜摩擦力與滑動摩擦力視為相等,給物體一水平拉力.
(1)當(dāng)拉力大小為5 N時,地面對物體的摩擦力多大?
(2)當(dāng)拉力大小為12 N時,地面對物體的摩擦力多大?
(3)此后若將拉力減小為5 N(物體仍在滑動),地面對物體的摩擦力多大?
(4)若撤去拉力,在物體繼續(xù)滑動的過程中,地面對物體的摩擦力多大?
【答案】(1)5 N (2)10 N (3)10 N (4)10 N
【解析】滑動摩擦力(最大靜摩擦力)大小為μmg=0.5×2×10 N=10 N.
(1)當(dāng)拉力F=5 N時,F(xiàn)<Fmax,物體靜止.則由二力平衡知:F靜=F=5 N.
(2)當(dāng)拉力F=12 N時,F(xiàn)>Fmax,物體滑動.則F滑=μFN=μmg=10 N.
(3)當(dāng)拉力又減小為5 N時,物體仍在滑動,故F滑=10 N.
(4)當(dāng)拉力撤去后,由于物體繼續(xù)滑動,故F滑=10 N.
點評:用不同的力拉物體時,物體是運動的,還是靜止的這一點首先要搞清楚,這是解題的關(guān)鍵,當(dāng)物體相對地面靜止時,受到的摩擦力是靜摩擦力;當(dāng)物體相對地面運動時,受到的摩擦力是滑動摩擦力.
(1)計算摩擦力時,應(yīng)先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力,靜摩擦力用平衡條件計算;滑動摩擦力用Ff=μFN計算.
(2)在沒有告訴最大靜摩擦力的情況下,常常利用最大靜摩擦力跟滑動摩擦力近似相等來分析問題.
對點精練
1. 關(guān)于靜摩擦力的方法,下列錯誤的有( )
A. 兩個相對靜止的物體之間一定有靜摩擦力的作用
B. 受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的
C. 靜摩擦力一定是阻力
D. 在壓力一定的條件下,靜摩擦力的大小是可以變化的,但有一個限度
【答案】ABC
【解析】靜摩擦力產(chǎn)生條件:①接觸面粗糙; ②相互接觸的物體間有彈力; ③接觸面間有相對運動趨勢。
三個條件缺一不可,特別要注意“相對”的理解。靜摩擦力的大小與相對運動趨勢的強弱有關(guān),趨勢越強,靜摩擦力越大,但不能超過最大靜摩擦力.錯誤的有ABC
2. 關(guān)于滑動摩擦力,以下說法正確的是( )
A. 滑動摩擦力不可能是動力
B. 滑動摩擦力總是和物體的運動方向相反
C. 滑動摩擦力總是阻礙著物體間的相對運動
D. 滑動摩擦力跟物體的重力成正比
【答案】C
【解析】A、滑動摩擦力不一定是阻力,也可以是動力.比如將物體輕輕放在水平勻速運動的傳送帶時,開始階段物體向前的滑動摩擦力而運動,此時滑動摩擦力是動力.故A錯誤
B、滑動摩擦力阻礙物體間的相對運動,總是與物體相對運動的方向相反.故B錯誤C正確
滑動摩擦力跟壓力成正比,也就是跟一個物體對另一個物體表面的垂直作用力成正比。性質(zhì)上屬于彈力,不是重力,D錯誤
3. 運動員用雙手握住豎直的竹桿勻速攀上和勻速滑下。他所受的摩擦力分別是和,那么( )
A. 向下,向上,且 B. 向下,向上,且
C. 向上,向上,且 D. 向上,向上,且
【答案】C
【解析】運動員勻速攀上過程受力平衡,豎直方向受到重力和靜摩擦力,由于重力向下,根據(jù)二力平衡條件得知,靜摩擦力f1一定向上,f1大小等于重力;
運動員勻速下滑過程受力平衡,豎直方向受到重力和滑動摩擦力,由于重力向下,根據(jù)二力平衡,滑動摩擦力f2一定向上,f2大小等于重力;故有f1=f2.故選:C.
4. 如圖所示,水平地面上的木板M上放著小物塊,M與間有一處于壓縮狀態(tài)的輕彈簧,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),下述說法正確的是( )
A. M對的摩擦力方向向右
B. 對M的摩擦力方向向左
C. 地面對M的摩擦力方向向右
D. 地面對M無摩擦力作用
【答案】D
【解析】A、彈簧處于壓縮狀態(tài),知m在水平方向受彈簧的彈力和靜摩擦力平衡,彈簧的彈力水平向右,則M對m的摩擦力方向向左,根據(jù)作用力和反作用力的關(guān)系,m對M的摩擦力方向向右.故A、B錯誤.
C、對整體分析,整體受重力和支持力,水平方向上不受力.故D正確,C錯誤.
故選D.
5. 、、為三個質(zhì)量相同的木塊、疊放于水平桌面上。水平恒力F作用于木塊,三木塊以共同速度沿水平桌面勻速移動,如圖5所示,則在運動過程中( )
A. 作用于的靜摩擦力為零
B. 作用于的靜摩擦力為F/3
C. 作用于的靜摩擦力為2F/3
D. 作用于的靜摩擦力為F
【答案】AD
【解析】先研究在最上方的A,物體A水平方向受力只可能是摩擦力f,若存在摩擦力,則物體A水平受力不平衡,不能勻速直線運動。所以A肯定沒有收到摩擦力。答案A正確。
B對A沒有摩擦力,由相互作用力性質(zhì),A對B也沒有摩擦力。答案B錯誤。
B上表面沒有摩擦力,水平有一個力F,而又保持平衡,說明下表面受到C的大小也為F的摩擦力。C對B的摩擦力與向右的摩擦力正好平衡。根據(jù)作用力與反作用力的性質(zhì),C也受到B的靜摩擦力,大小為F
答案C對D錯。故選AD.
二、填空題
6. 如圖所示,質(zhì)量為m、橫截面為直角三角形的物塊ABC,∠ABC=α,AB邊靠在豎直墻面上,F(xiàn)是垂直于斜面BC的推力.現(xiàn)物塊靜止不動,則摩擦力的大小為_______.
【答案】mg+Fsinα
【解析】
物塊ABC受到四個力的作用,受力如圖所示,由平衡條件得F=mg+Fsinα
7. 如圖所示,質(zhì)量為的木塊在置于水平桌面上的木板上滑行,木板靜止,它的質(zhì)量為M,已知木塊與木板間、木板與桌面間的動摩擦因數(shù)均為。那么,木板所受桌面給的摩擦力的大小等于 。
【答案】μmg
【解析】木塊受到木板的滑動摩擦力為μmg,由牛頓第三定律可知木板受到木塊的摩擦力為μmg,由受力平衡可知木板受到桌面的摩擦力大小也為μmg,
8. 重10N的滑塊置于水平桌面上,它與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.4,用勁度系數(shù)為200N/m的彈簧水平地拉它,當(dāng)彈簧伸長1.5cm時滑塊與桌面間的摩擦力為 ;當(dāng)彈簧伸長2.5cm時滑動與桌面的摩擦力為 。
【答案】3N,4N
【解析】最大靜摩擦力Fmax=μmg=0.4×10=4N Fmax=μmg=0.4×10=4N
當(dāng)彈簧伸長1.5cm時:F1=kx=200×1.5×10?2=3N F1=kx=200×1.5×10?2=3N
F1<FmaxF1<Fmax,拉不動,滑塊與桌面間的摩擦力f1=F1=3N f1=F1=3N
當(dāng)彈簧伸長2.5cm時,彈力F2=kx′=200×2.5×10?2=5N F2=kx′=200×2.5×10?2=5N
F2>FmaxF2>Fmax,滑塊被拉動,滑塊與桌面間為滑動摩擦力f2=μFN=μmg=0.4×10=4N f2=μFN=μmg=0.4×10=4N
故答案為:3N,4N
9. 一根橡皮筋懸掛某重物靜止時,伸長10mm,把此物體放在水平地面上,用橡皮筋水平拉物體使之勻速運動,橡皮筋伸長3mm,物體與水平地面間動摩擦因數(shù)為 。
【答案】0.3
【解析】橡皮筋水平拉物體使之勻速運動,橡皮筋伸長了3mm,說明摩擦力為0.003k
橡皮筋懸掛某重物靜止時,伸長了10mm說明重力也就是壓力是0.01k
所以物體與水平地面間摩擦因數(shù)u是0.3
10. 如圖所示,物塊與一輕質(zhì)彈簧相連,置于水平面上,將物塊拉至A點時釋放物塊恰好能靜止不動,物塊所受摩擦力為,今用一力將物塊再拉長至B點時,若彈簧的勁度系數(shù)為,此時彈簧的彈力F= 。
【答案】
【解析】由受力平衡可知,彈簧拉至A點時,有 f=kxA;拉至B點時,有 F=k(x+xA)=kx+f.
故答案為:kx+f
11.某同學(xué)用彈簧秤稱一木塊重5 N,把木塊放在水平桌面上,彈簧秤水平地向右拉木塊.
(1)當(dāng)彈簧秤讀數(shù)為1 N時,木塊未被拉動,這時木塊受到的是____________摩擦力,大小是____________,方向____________.
(2)當(dāng)彈簧秤讀數(shù)是2.1 N時,木塊恰要開始移動,此時木塊受的是____________摩擦力,大小是____________,方向____________.
(3)開始運動后,使木塊保持勻速直線運動,彈簧秤的讀數(shù)變?yōu)? N,此時木塊受到的是____________摩擦力,大小是____________,動摩擦因數(shù)μ=____________.
(4)若使彈簧秤在拉動木塊運動中讀數(shù)變?yōu)? N時,木塊受到的摩擦力是____________摩擦力,大小是____________.
(5)木塊離開彈簧秤繼續(xù)滑動,這時木塊受到的是__________摩擦力,大小是_________.
【答案】(1)靜 1 N 水平向左 (2)最大靜 2.1 N 水平向左 (3)滑動 2 N 0.4 (4)滑動 2 N (5)滑動 2 N
【解析】用彈簧秤拉木塊時,木塊未動,木塊受到的摩擦力為靜摩擦力,由二力平衡得,靜摩擦力大小等于彈簧秤的拉力,與拉力方向相反.當(dāng)彈簧秤的拉力達(dá)2.1 N時,木塊恰要開始移動,此時摩擦力仍然是靜摩擦力,但已達(dá)到最大值.木塊滑動后,木塊受到的摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮Υ笮∮蒄=μFN計算.
12.如圖所示,重250 N的物體放在水平地面上,已知物體與水平地面間的最大靜摩擦力為150 N,動摩擦因數(shù)是0.5,物體的一端連一根勁度系數(shù)為4×103 N/m的輕質(zhì)彈簧.試問:
(1)將彈簧拉長2 cm時,物體受到地面的摩擦力多大?
(2)將彈簧拉長4 cm時,物體受到地面的摩擦力多大?
【答案】(1)80 N (2)125 N
【解析】(1)將彈簧拉長2 cm時,拉力F=kx=4×103×0.02 N=80 N<Fm=150 N;物體靜止,此時物體受到的是靜摩擦力,由二力平衡可得摩擦力Ff=80 N.
(2)將彈簧拉長4 cm時,拉力為F′=kx′=4×103×0.04 N=160 N>Fm=150 N;物體沿水平地面滑動,物體受到滑動摩擦力則Ff′=μFN=μmg=0.5×250 N=125 N.
13.如圖所示,在豎直的墻壁上,對物體A施加水平推力,物體A重為50 N.當(dāng)F=100 N時,物體A恰好沿豎直墻面勻速下滑,求物體A與墻面之間的動摩擦因數(shù).
【答案】0.5
【解析】當(dāng)物體沿墻面下滑時,受到向上的滑動摩擦力Ff,因為物體勻速下滑,由豎直方向上二力平衡可得:Ff=G=50 N,又因為Ff=μFN=μF,所以可得μ==0.5.
14.用彈簧測力計測定一個木塊A和木塊B間的動摩擦因數(shù)μ有如圖(甲)、(乙)兩種裝置.
(1)為了用彈簧測力計的讀數(shù)表示滑動摩擦力,兩種情況中木塊A是否都一定要做勻速運動?
(2)若木塊A均做勻速運動,圖(甲)中A、B間摩擦力是否等于拉力FA?
(3)若A和B的重力分別為100 N和150 N,圖(甲)中彈簧測力計讀數(shù)為60 N(當(dāng)A被拉動時),F(xiàn)A=110 N,求A、B間的動摩擦因數(shù)μ.
(4)若要你選擇,你會選擇圖(甲)還是圖(乙)的裝置,為什么?
【答案】見解析
【解析】(1)(甲)圖中A物體不一定做勻速直線運動;(乙)圖中A物體必須做勻速直線運動,彈簧測力計的讀數(shù)才能表示滑動摩擦力的大小.
(2)不等于.
(3)圖(甲)中彈簧測力計的讀數(shù)就是A、B間滑動摩擦力的大小,由Ff=μFN,可得μ==0.4
(4)選圖(甲),因為人手拉動A時,不能保證A一定勻速運動.
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