2022年高考物理一輪-摩擦力教師講解版

文檔來源網(wǎng)絡(luò)整理侵權(quán)必刪PAGE1相互作用——力2.2摩擦力必備知識清單一、靜摩擦力與滑動摩擦力1．兩種摩擦力的比較名稱項(xiàng)目靜摩擦力滑動摩擦力定義兩相對靜止的物體間的摩擦力兩相對運(yùn)動的物體間的摩擦力產(chǎn)生條件①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運(yùn)動趨勢①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運(yùn)動大小0<Ff≤FfmFf＝μFN方向與受力物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反與受力物體相對運(yùn)動的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對運(yùn)動趨勢總是阻礙物體間的相對運(yùn)動二、“三點(diǎn)”注意1．摩擦力的方向總是與物體間相對運(yùn)動(或相對運(yùn)動趨勢)的方向相反，但不一定與物體的運(yùn)動方向相反．2．摩擦力總是阻礙物體間的相對運(yùn)動(或相對運(yùn)動趨勢)，但不一定阻礙物體的運(yùn)動，即摩擦力可以是阻力，也可以是動力．3．受靜摩擦力作用的物體不一定靜止，但一定與施力物體保持相對靜止．命題點(diǎn)精析（一）靜摩擦力的有無及方向的判斷假設(shè)法思維程序如下：狀態(tài)法先判斷物體的狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F＝ma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向牛頓第三定律法先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力的方向典型例題例1某運(yùn)動員以如圖所示的姿勢蹲在水平地面上，則該運(yùn)動員()A．受到水平向前的摩擦力B．受到水平向后的摩擦力C．受到豎直向上的支持力D．所受支持力由腳底形變產(chǎn)生【答案】C【解析】運(yùn)動員以如圖所示的姿勢蹲在水平地面上，運(yùn)動員在水平方向無運(yùn)動的趨勢，則地面對人無摩擦力，A、B錯(cuò)誤；運(yùn)動員豎直方向受力平衡，受到地面豎直向上的支持力和豎直向下的重力，C正確；人所受支持力由地面的形變產(chǎn)生，D錯(cuò)誤。練1中國書法歷史悠久，是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化之一．在楷書筆畫中，長橫的寫法要領(lǐng)如下：起筆時(shí)一頓，然后向右行筆，收筆時(shí)略向右按，再向左上回帶．某同學(xué)在水平桌面上平鋪一張白紙，為防打滑，他在白紙的左側(cè)靠近邊緣處用鎮(zhèn)紙壓住，如圖所示．則在向右行筆的過程中()A．鎮(zhèn)紙受到向左的摩擦力B．毛筆受到向左的摩擦力C．白紙只受到向右的摩擦力D．桌面受到向右的摩擦力【答案】BD【解析】白紙和鎮(zhèn)紙始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，對鎮(zhèn)紙受力分析知，鎮(zhèn)紙不受摩擦力，否則水平方向受力不平衡．鎮(zhèn)紙的作用是增大紙與桌面之間的彈力與最大靜摩擦力，故A錯(cuò)誤；在書寫的過程中毛筆相對紙面向右運(yùn)動，受到向左的摩擦力，故B正確；白紙與鎮(zhèn)紙之間沒有摩擦力，白紙始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則白紙?jiān)谒椒较蚴艿矫P對白紙向右的摩擦力以及桌面對白紙向左的摩擦力，故C錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第三定律，白紙對桌面的摩擦力向右，故D正確．練2如圖所示，物體A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向勻速運(yùn)動，關(guān)于物體A所受的摩擦力，下列說法正確的是(D)A．甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相同B．甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相反C．甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力D．甲圖中物體A不受摩擦力，乙圖中物體A受摩擦力，方向和F相同【答案】D【解析】用假設(shè)法分析：甲圖中，假設(shè)A受摩擦力，與A做勻速運(yùn)動在水平方向合力為零不符，所以A不受摩擦力；乙圖中，假設(shè)A不受摩擦力，A將相對B沿斜面向下運(yùn)動，則知A受沿F方向的摩擦力；選項(xiàng)正確．命題點(diǎn)精析（二）摩擦力的分析與計(jì)算1．靜摩擦力的分析(1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動)，利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小．(2)物體有加速度時(shí)，若只受靜摩擦力，則Ff＝ma.若除受靜摩擦力外，物體還受其他力，則F合＝ma，先求合力再求靜摩擦力．2．滑動摩擦力的分析滑動摩擦力的大小用公式Ff＝μFN來計(jì)算，應(yīng)用此公式時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：(1)μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、接觸面的粗糙程度有關(guān)；FN為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力．(2)滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度和接觸面的大小均無關(guān)．典型例題例2矢量發(fā)動機(jī)是噴口可向不同方向偏轉(zhuǎn)以產(chǎn)生不同方向推力的一種發(fā)動機(jī)。當(dāng)殲20隱形戰(zhàn)斗機(jī)以速度v斜向上飛行時(shí)，其矢量發(fā)動機(jī)的噴口如圖所示。已知飛機(jī)受到重力G、發(fā)動機(jī)推力F1、與速度方向垂直的升力F2和與速度方向相反的空氣阻力Ff。下列受力分析示意圖可能正確的是()【答案】A【解析】由題給信息可知，升力F2與速度方向垂直，B、D錯(cuò)誤；空氣阻力Ff與速度方向相反，C錯(cuò)誤，故A正確。練3(多選)如圖所示，長木板A與物體B疊放在水平地面上，物體與木板左端立柱間放置水平輕質(zhì)彈簧，在水平外力F作用下，木板和物體都靜止不動，彈簧處于壓縮狀態(tài)．將外力F緩慢減小到零，物體始終不動，在此過程中()A．彈簧彈力不變B．物體B所受摩擦力逐漸減小C．物體B所受摩擦力始終向左D．木板A所受地面的摩擦力逐漸減小【答案】AD【解析】將外力F緩慢減小到零，物體始終不動，則彈簧的長度不變，彈力不變，選項(xiàng)A正確；對物體B，因開始時(shí)所受摩擦力的方向不確定，則有F彈＝F±Ff，則隨F的減小，物體B所受摩擦力的大小和方向都不能確定，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；對A、B與彈簧組成的整體，在水平方向，力F與地面對A的摩擦力平衡，則隨F的減小，木板A所受地面的摩擦力逐漸減小，選項(xiàng)D正確．練4如圖所示，質(zhì)量為m的木塊P在質(zhì)量為M的長木板ab上滑行，長木板放在水平面上一直處于靜止?fàn)顟B(tài)．若ab與地面間的動摩擦因數(shù)為μ1，木塊P與長木板ab間的動摩擦因數(shù)為μ2，則長木板ab受到地面的摩擦力大小為(C)A．μ1Mg B．μ1(m＋M)gC．μ2mg D．μ1Mg＋μ2mg【答案】C【解析】木塊P對長木板的滑動摩擦力大小為F＝μ2mg，長木板始終靜止，則地面對長木板的靜摩擦力大小為F′＝F＝μ2mg，故選項(xiàng)C正確．例3(多選)如圖甲所示，A、B兩個(gè)物體疊放在水平地面上，B的上下表面均水平，A物體與一拉力傳感器相連接，連接拉力傳感器和物體A的細(xì)繩保持水平．從t＝0時(shí)刻起，用一水平向右的力F＝kt(k為常數(shù))作用在B物體上，拉力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，已知k、t1、t2，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．據(jù)此可求(AB)A．A、B之間的最大靜摩擦力B．水平面與B之間的滑動摩擦力C．A、B之間的動摩擦因數(shù)μABD．B與水平面間的動摩擦因數(shù)μ【答案】AB【解析】當(dāng)B被拉動后，拉力傳感器才有示數(shù)，地面對B的最大靜摩擦力為Ffm＝kt1，A、B相對滑動后，拉力傳感器的示數(shù)保持不變，則FfAB＝kt2－Ffm＝k(t2－t1)，選項(xiàng)A、B正確；由于A、B的質(zhì)量未知，則μAB和μ不能求出，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．練5如圖所示，某中學(xué)新校區(qū)裝修時(shí)，工人用質(zhì)量為m的磨石對斜壁進(jìn)行打磨，當(dāng)對磨石施加方向豎直向上、大小為F的推力時(shí)，磨石恰好沿斜壁向上勻速運(yùn)動，已知磨石與斜壁之間的動摩擦因數(shù)為μ，則磨石受到的摩擦力大小為()A．μ(F－mg)cosθ B．(F－mg)sinθC．(F－mg)cosθ D．μ(F－mg)【答案】C【解析】磨石受重力、推力、斜壁的彈力及摩擦力而處于平衡狀態(tài)，由圖可知，F(xiàn)一定大于重力；先將重力與向上的推力合成后，將二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得在沿斜面方向有：f＝(F－mg)cosθ；在垂直于斜面方向上有：FN＝(F－mg)sinθ則f＝(F－mg)cosθ＝μ(F－mg)sinθ。練6物塊在輕繩的拉動下沿傾角為30°的固定斜面向上勻速運(yùn)動，輕繩與斜面平行．已知物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為eq\f(\r(3),3)，重力加速度取10m/s2.若輕繩能承受的最大張力為1500N，則物塊的質(zhì)量最大為()A．150kg B．100eq\r(3)kgC．200kg D．200eq\r(3)kg【答案】A【解析】設(shè)物塊的質(zhì)量最大為m，將物塊的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡條件，在沿斜面方向有F＝mgsin30°＋μmgcos30°，當(dāng)F＝1500N時(shí)，物塊的質(zhì)量最大，解得m＝150kg，A項(xiàng)正確．命題點(diǎn)精析（三）摩擦力突變問題1．靜摩擦力的突變問題：靜摩擦力是被動力，其存在及大小、方向取決于物體間的相對運(yùn)動趨勢，而且靜摩擦力存在最大值.靜摩擦力為零的狀態(tài)是方向變化的臨界狀態(tài)；靜摩擦力達(dá)到最大值是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)．2．滑動摩擦力的突變問題：滑動摩擦力的大小與接觸面的動摩擦因數(shù)和接觸面受到的壓力均成正比，發(fā)生相對運(yùn)動的物體，如果接觸面發(fā)生變化或接觸面受到的壓力發(fā)生變化，則滑動摩擦力就會發(fā)生變化．當(dāng)物體的受力情況發(fā)生變化時(shí)，摩擦力的大小和方向往往會發(fā)生變化，有可能導(dǎo)致靜摩擦力和滑動摩擦力之間的相互轉(zhuǎn)化。常見的摩擦力突變模型如下。分類案例圖示“靜—靜”突變在水平力F作用下物體靜止于斜面上，F(xiàn)突然增大時(shí)物體仍靜止，則物體所受靜摩擦力的大小或方向?qū)ⅰ巴蛔儭薄办o—動”突變物體放在粗糙水平面上，作用在物體上的水平力F從零逐漸增大，當(dāng)物體開始滑動時(shí)，物體受水平面的摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動摩擦力“動—靜”突變滑塊以v0沖上斜面做減速運(yùn)動，當(dāng)?shù)竭_(dá)某位置時(shí)速度減為零而后靜止在斜面上，滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力“動—動”突變水平傳送帶的速度v1大于滑塊的速度v2，滑塊受滑動摩擦力方向水平向右，當(dāng)傳送帶突然被卡住時(shí)，滑塊受到的滑動摩擦力方向“突變”為向左典型例題例4表面粗糙的長直木板的上表面的一端放有一個(gè)木塊，如圖所示，木板由水平位置緩慢向上轉(zhuǎn)動(即木板與地面的夾角α變大，最大靜摩擦力大于滑動摩擦力)，另一端不動，則木塊受到的摩擦力Ff隨角度α變化的圖象是下列圖中的()【答案】C【解析】本題涉及摩擦力的漸變和突變，我們分階段研究：①初始木板處于水平位置，此時(shí)有a＝0，f＝0；②從木板開始轉(zhuǎn)動到木塊與木板發(fā)生相對滑動前，木塊所受的是靜摩擦力，由于木板緩慢轉(zhuǎn)動，可認(rèn)為木塊處于平衡狀態(tài)．由平衡條件可知，f靜＝mgsinα，因此，靜摩擦力隨α的增大而增大，它們滿足正弦規(guī)律變化；③木塊相對于木板剛要滑動時(shí)達(dá)到臨界狀態(tài)，此時(shí)木塊所受的靜摩擦力為最大靜摩擦力fm，隨著α繼續(xù)增大，木塊將開始滑動，靜摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ覞M足fm>f滑；④木塊相對于木板開始滑動后，f滑＝μmgcosα，則木塊所受的滑動摩擦力隨α的增大而減小，滿足余弦規(guī)律變化；⑤最后，α＝eq\f(π,2)，f＝0.據(jù)以上分析可知，選項(xiàng)C正確．“靜—靜”突變練7如圖所示，質(zhì)量為10kg的物體A拴在一個(gè)被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為5N時(shí)，物體A處于靜止?fàn)顟B(tài)．若小車以1m/s2的加速度向右運(yùn)動，則(g＝10m/s2)()A．物體A相對小車向右運(yùn)動B．物體A受到的摩擦力減小C．物體A受到的摩擦力大小不變D．物體A受到的彈簧的拉力增大【答案】C【解析】由題意得，物體A與小車的上表面間的最大靜摩擦力Ffm≥5N，小車加速運(yùn)動時(shí)，假設(shè)物體A與小車仍然相對靜止，則物體A所受合力F合＝ma＝10N，可知此時(shí)小車對物體A的摩擦力為5N，方向向右，且為靜摩擦力，所以假設(shè)成立，物體A受到的摩擦力大小不變，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確；物體A受到的彈簧的拉力大小不變，故D錯(cuò)誤．“動—靜”突變練8如圖所示，斜面固定在地面上，傾角為θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．質(zhì)量為1kg的滑塊以初速度v0從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長，該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.8)，則該滑塊所受摩擦力Ff隨時(shí)間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向?yàn)檎较?(g＝10m/s2)(B)【答案】B【解析】滑塊上升過程中受滑動摩擦力，由Ff＝μFN和FN＝mgcosθ聯(lián)立得Ff＝6.4N，方向沿斜面向下．當(dāng)滑塊的速度減為零后，由于重力的分力mgsinθ<μmgcosθ，滑塊不動，滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力，由平衡條件得Ff＝mgsinθ，代入可得Ff＝6N，方向沿斜面向上，故選項(xiàng)B正確．“靜—動”突變練9(多選)在探究靜摩擦力變化的規(guī)律及滑動摩擦力變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的演示裝置，力傳感器A與計(jì)算機(jī)連接，可獲得力隨時(shí)間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細(xì)繩與一滑塊相連(調(diào)節(jié)傳感器高度使細(xì)繩水平)，滑塊放在較長的小車上，小車一端連接一根輕繩并跨過光滑的輕定滑輪系一只空砂桶(調(diào)節(jié)滑輪使桌面上部細(xì)繩水平)，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．實(shí)驗(yàn)開始時(shí)打開傳感器同時(shí)緩慢向砂桶里倒入砂子，小車一旦運(yùn)動起來，立即停止倒砂子，若力傳感器采集的圖象如圖乙所示，則結(jié)合該圖象，下列說法正確的是()A．可求出空砂桶的重力B．可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小C．可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小D．可判斷第50秒后小車做勻速直線運(yùn)動(滑塊仍在車上)【答案】ABC【解析】t＝0時(shí)刻，傳感器顯示拉力為2N，則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力，大小為2N，由車與空砂桶受力平衡可知空砂桶的重力也等于2N，A對；t＝50s時(shí)摩擦力達(dá)到最大值，即最大靜摩擦力為3.5N，同時(shí)小車開始運(yùn)動，說明帶有砂的砂桶重力等于3.5N，此時(shí)摩擦力立即變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ畲箪o摩擦力略大于滑動摩擦力，故摩擦力突變?yōu)?N的滑動摩擦力，B、C對；此后由于砂和砂桶重力3.5