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2012高一物理学案:3.2 研究摩擦力(粤教版必修1)


3.2 研究摩擦力 学案(粤教版必修 1)

1.摩擦力 (1)定义:两个相互接触的物体,当它们发生__________或具有______________时,在接触 面上产生阻碍____________或______________的力. (2)分类:①____________;②______________.

?①物体接触且 ? ; (3)条件?②接触面 ?③物体间有 或 ?



.

2.滑动摩擦力 (1)定义:两个相互接触的物体,当发生____________时,在接触面间产生的阻碍物体 ____________的力叫滑动摩擦力. (2)产生条件:①两物体直接接触且____________;②接触面______;③发生__________. (3)大小:滑动摩擦力 f 的大小与物体间______________FN 的大小成正比,即 f=μFN,式中 μ 为比例常数,叫____________,其大小与接触面的材料和粗糙程度有关,而与受力面积、 物体运动的速度等因素无关. (4)方向:与接触面______并且与物体间__________的方向相反. 3.静摩擦力 (1)定义:两个物体具有__________________,没有相对滑动产生的摩擦力. (2)产生条件: ①两个物体直接接触且________; ②接触面______; ③物体间有___________. (3)大小: 是可变的, 变化范围为________________, 其中 fmax 为静摩擦力的最大值, 叫____. (4)方向:与接触面______并且与物体间______运动趋势的方向______.

一、滑动摩擦力 [问题情境] 一辆汽车正在奔驰,司机突然发现前方有危险,于是立即紧急刹车.车终于停下,路面上留 下两条清晰的刹车痕迹,你能解释车停止运动的真正原因吗?

[要点提炼] 1. 滑动摩擦力: 一个物体在另一个物体表面上滑动的时候, 会受到另一个物体____________ 的力,这种力叫做滑动摩擦力. 2.滑动摩擦力产生的条件 ①接触面粗糙;②两物体相互接触且存在弹力;③两物体间有__________. 3.滑动摩擦力的方向 总是沿着____________________,且与____________的方向相反. 4.滑动摩擦力的大小 滑动摩擦力跟______成正比,也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比. 公式:f=μFN,μ 为动摩擦因数,取决于两物体的______和接触面的__________,与接触面 的面积______. [问题延伸]

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图1 如图 1 所示,物体 A、B 一起向右运动,速度分别为 vA=2 m/s,vB=1 m/s. 请分析 A、B 两物体受到的滑动摩擦力的方向,并回答滑动摩擦一定阻碍物体的运动吗?

二、研究静摩擦力

图2 [问题情境] 我们先来做个小实验,体验一下摩擦力. 把木块放在水平桌面上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块,如图 2 所示. (1)当测力计的示数为 1 N 时,木块没有动. (2)逐渐增大拉力到 2 N 时,木块仍静止. (3)继续增大拉力到 4 N 时,木块开始移动,此时拉力突然变小到 3.8 N,此后木块匀速运动, 拉力不变. 请对以上三种现象作出分析.

[要点提炼] 1.两个相互接触挤压而保持相对静止的物体,当它们之间存在相对运动趋势时,在它们的 接触 面上会产生阻碍物体间相对运动的力,这种力叫做__________. 2.使物体由静止开始运动的最小的水平拉力(或推力),是物体所受静摩擦力的最大值,这 个最大值叫做______________. 3.静摩擦力产生的条件:①物体______且相互挤压;②接触面粗糙;③两物体间有相对运 动趋势. 4.静摩擦力的大小与正压力无关,但最大静摩擦力的大小与正压力成____比. 5.静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反,即其效果是阻碍物体间的______运动.

图3 [问题延伸] 如图 3 所示,A、B 两物体竖直叠放在水平面上,今用水平力 F 拉物体 A,两物体一起匀速 运动,试分析 A、B 所受静摩擦力的方向.

图4
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例 1 如图 4 所示,一物体在动摩擦因数 μ=0.2 的水平面上向左运动,物体质量为 10 kg, 它在运动过程中还受到一个水平向右的大小为 20 N 的拉力作用,则物体受到的摩擦力为 ( ) A.0 N B.20 N,水平向右 C.40 N,水平向右 D. 20 N,水平向左 听课记录

图5 变式训练 1 如图 5 所示,一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力的作用,木块 处于静止状态.其中 F1=10 N,F2=2 N,若撤去力 F1,则木块在水平方向受到的摩擦力为 ( ) A.8 N,方向向右 B.6 N,方向向右 C.2 N,方向向右 D.0

图6 例 2 有三个相同的物体叠放在一起, 置于粗糙水平面上, 物体之间不光滑, 如图 6 所示. 现 用一水平力 F 作用在 B 物体上,物体仍保持静止,下列说法正确的是( ) A.C 受到地面的摩擦力大小为 F,方向水平向左 B.A 受到水平向右的摩擦力作用 C.B 对 C 的摩擦力方向为水平向右 D.C 和地面间无摩擦力的作用 听课记录

变式训练 2 下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中,正确的是( A.静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反 B.静摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同 C.静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直 D.静止的物体所受的静摩擦力一定为零

)

图7 例 3 质量为 2 kg 的物体静止在水平地面上,如图 7 所示,物体与地面间的动摩擦因数为 0.5,最大静摩擦力与滑动摩擦力视为相等,给物体一水平推力.(取 g=10 N/kg) (1)当推力大小为 5 N 时,地面对物体的摩擦力是多大? (2)当推力大小为 12 N 时,地面对物体的摩擦力是多大?

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拓展探究 (1)物体运动后将推力变为 20 N,地面对物体的摩擦力多大? (2)物体运动过程中突然把推力去掉,此时地面对物体的摩擦力多大?

【即学即练】 1.关于摩擦力,下列说法中正确的是( ) A.两个接触的相对静止的物体间一定有摩擦力 B.受静摩擦作用的物体一定是静止的 C.滑动摩擦力方向可能与运动方向相同 D.物体间正压力一定时,静摩擦力的大小可以变化,但有一个限度 2.下列说法中正确的是( ) A.两个相互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

图8 3.如图 8 所示,用水平力 F 将同种材料不同质量的物体压到一竖直墙壁上,下列说法正确 的是( ) A.若物体保持静止,则 F 越大,物体所受摩擦力越大 B.若物体保持静止,则质量越大,物体所受摩擦力越小 C.若物体沿墙壁向下滑动,则 F 越大,物体所受摩擦力越大 D.若物体沿墙壁向下滑动,则质量越大,物体所受摩擦力越大 4.用一根长 20 cm,劲度系数为 k=200 N/m 的弹簧水平拉着放在水平桌面上的质量为 1 kg 的木块,弹簧的长度逐渐伸长到 22.4 cm 时木块开始运动,当弹簧的长度为 21.7 cm 时,木 块在桌面上做匀速直线运动.则: (1)木块受到的最大静摩擦力多大?静摩擦力的变化范围怎样? (2)木块和桌面间的动摩擦因数是多少? (3)木块滑动过程中,当弹簧的长度小于或大于 21.7 cm 时滑动摩擦力如何变化?

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参考答案 课前自主学习 1.(1)相对滑动 相对运动趋势 相对运动 相对运动趋势 (2)①静摩擦力 ②滑动摩擦力 (3)①相互挤压 ②粗糙 ③相对运动 相对运动趋势 2. (1)相对滑动 相对运动 (2)①相互挤压 ②粗糙 ③相对滑动 (3)相互挤压的弹力 动 摩擦因数 (4)相切 相对滑动 3.(1)相对滑动的趋势 (2)①相互挤压 ②粗糙 ③相对运动趋势 (3)0<f 静≤fmax 最大静摩擦力 (4)相切 相对 相反 核心知识探究 一、 [问题情境] 路面给车一个摩擦力,使车停止运动. [要点提炼] 1.阻碍它滑动 2.③相对运动 3.接触面的切线方向 相对运动 4.压力 材料 粗糙程度 无关 [问题延伸] 如果以 A 为参考系,则 B 相对于 A 向左运动,所以 B 受到 A 向右的滑动摩擦 力,可见,物体的相对运动方向和实际运动方向有时并不相同.还可以看出 A 给 B 的滑动 摩擦力与 B 的实际运动方向相同,促进 B 的运动而不是阻碍 B 的运动. 二、 [问题情境] (1)当拉力为 1 N 时, 木块有相对桌面的运动趋势, 但没有动, 是因为木块除受 1 N 的拉力外, 还受到桌面对它的一个力的作用,这个力与 1 N 的拉力大小相等,方向相反. (2)当拉力增大到 2 N 时,木块仍静止,但它相对桌面运动的趋势更加“强烈”,此时桌面 对木块的作用力为 2 N. (3)当拉力增大到 4 N 时, 木块开始移动, 说明“4 N 的力”是使木块开始运动所需的最小力, 此时桌面对木块的力也为 4 N.木块运动起来以后,拉力变为 3.8 N,这个力是保证木块匀 速运动所需要的力. [要点提炼] 1.静摩擦力 2.最大静摩擦力 3.①接触 4.正 5.相对 [问题延伸] A 受向左的静摩擦力,B 受向右的静摩擦力;A 受静摩擦力是阻力,B 受静摩 擦力是动力. 解题方法探究 例 1 B [研究摩擦力时:(1)首先要根据实际情况判断、分析究竟是静摩擦力还是滑动摩擦 力;(2)如果是滑动摩擦力,就要分析滑动面上压力的大小,用公式计算;(3)如果是静摩擦 力,就要分析物体所受到的其他力, 根据物体所处的运动状态,通过列力学方程求解. 根据滑动摩擦力公式 f=μFN 可以得到:摩擦力等于 20 N,其方向水平向右.选 B.] 变式训练 1 C [未撤去 F1 前, 木块静止, 说明木块所受的静摩擦力大小 f 静=F1-F2=8 N, 方向向左.也说明了最大静摩擦力 f 静 max≥8 N.当撤去 F1 后,在 F2 作用下木块有向左运动 的趋势,地面给木块的静摩擦力方向变为向右,因 F2=2 N,小于最大静摩擦力,故木块仍 保持静止,因而正确选项为 C.] 例 2 AC [在选项 A 中,以 A、B、C 三者的整体为研究对象,此整体在水平方向上受平衡 力的作用,因此 C 受到地面的摩擦力等于拉力 F,方向向左,A 项正确, D 项错误;在选
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项 B 中,以 A 为研究对象,A 不受摩擦力,否则 A 不能平衡,B 项错误;选项 C 中,B 对 C 的摩擦力与 C 对 B 的摩擦力大小相等,方向相反.由此可知,B 对 C 的摩擦力大小等于 F,方向水平向右,C 项正确.] 变式训练 2 C

[静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势的方向相反,而物体相对运动趋势的方向可能 与物体运动的方向相同(例如:与传送带相对静止,随传送带一起加速运动的物体),也可能 与物体运动方向相反(例如:与传送带相对静止,随传送带一起减速运动的物体),还可能与 物体运动方向垂直(例如:随车厢一起做加速运动的车厢后壁上相对于车厢静止的物体,如 图所示). 静止的物体所受静摩擦力不一定为零(例如: 用力推静止在地面上的木箱但未推动), 故 A、B、D 项错误,C 项正确.] 例 3 (1)5 N (2)10 N 解析 在地面上,FN=mg,则滑动摩擦力(最大静摩擦力 fmax)大小为 fmax=μFN=μmg= 0.5×2×10 N=10 N. (1)当拉力 F=5 N 时,F<fmax,物体静止,则由二力平衡知:f 静=F=5 N. (2)当拉力 F=12 N 时,F>fmax,物体滑动.则 f 滑=μFN=μmg=10 N. 拓展探究 (1)10 N (2)10 N 即学即练 1.CD 2.D 3.C [物体静止时,物体受静摩擦力,大小等于其重力,与水平力 F 无关,物体质量越大, 所受摩擦力越大,故 A、B 错.物体向下滑动时,受到滑动摩擦力作用,大小为 f=μFN=μF, 故 F 越大,摩擦力越大,且与物体的质量无关,C 对,D 错.] 4.(1)4.8 N 0~4.8 N (2)0.34 (3)大小不变

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