【講與練】高中物理人教版(2019)必修1：第3章專題強化4摩擦力的綜合分析學(xué)案

專題強化4摩擦力的綜合分析課程標準1．進一步理解摩擦力的概念，會用條件法、假設(shè)法、相互作用法、狀態(tài)法判斷摩擦力的有無。2．會用摩擦力公式計算摩擦力的大小。素養(yǎng)目標科學(xué)探究1．進一步加深對摩擦力的理解，判斷摩擦力的有無及其方向。2．了解增大或減小摩擦在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。探究靜摩擦力與滑動摩擦力的比較要點提煉1．對摩擦力的理解(1)摩擦力是指發(fā)生在兩個相互接觸的物體之間的阻礙兩個物體間的相對運動或相對運動趨勢的力。(2)受靜摩擦力作用的物體不一定是靜止的，運動的物體可能受到靜摩擦力的作用。例如：在傾斜傳送帶上隨傳送帶勻速傳送的物體受到的摩擦力是靜摩擦力。(3)受滑動摩擦力作用的物體不一定是運動的，靜止的物體可能受到滑動摩擦力的作用。例如：擦黑板時，靜止的黑板受到的摩擦力是滑動摩擦力。2．摩擦力的方向(1)靜摩擦力的方向與物體的相對運動趨勢方向相反?？衫眉僭O(shè)法判斷，即假設(shè)接觸面光滑，物體相對與它接觸的物體運動的方向，就是相對運動趨勢方向。例如：靜止在斜面上的物體受到的靜摩擦力的方向沿斜面向上。(如圖1)靜摩擦力的方向與物體的運動方向可以成任意角度，如圖2所示。(2)滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反，與物體的運動方向無關(guān)。(3)無論是靜摩擦力還是滑動摩擦力，都可以是動力，也可以是阻力，如果物體受到的摩擦力的方向與該物體運動的方向相同，則摩擦力為動力，如果物體受到的摩擦力的方向與該物體運動的方向相反，則摩擦力為阻力。3．摩擦力有無的判斷方法(1)條件法：根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件判斷。(2)假設(shè)法：假設(shè)接觸面光滑，若物體原來的運動狀態(tài)改變，說明存在摩擦力；否則不存在摩擦力。(3)狀態(tài)法：由物體所處的狀態(tài)分析，若物體靜止或做勻速直線運動，根據(jù)二力平衡的知識可判斷是否存在摩擦力。(4)力的相互作用法：當(dāng)一物體所受摩擦力方向不易判斷時，可先確定與之相互作用的另一物體所受摩擦力情況，然后根據(jù)牛頓第三定律(第3節(jié)學(xué)習(xí))作出判斷。典例剖析典題1(2023·廣東深圳高一月考)在楷書筆畫中，長橫的寫法要領(lǐng)如下：起筆時一頓，然后向右行筆，收筆時略向右按。如圖，某同學(xué)在水平桌面上平鋪一張白紙用毛筆練習(xí)長橫寫法，為防止打滑，他在白紙的左邊緣處放置一塊鎮(zhèn)紙，如圖。下列說法正確的是(A)A．鎮(zhèn)紙與白紙之間沒有摩擦力B．鎮(zhèn)紙對白紙有摩擦力，方向向左C．桌面對白紙有摩擦力，方向向右D．桌面與白紙之間可能沒有摩擦力解析：由題意可知，白紙與鎮(zhèn)紙一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此鎮(zhèn)紙與白紙之間沒有相對運動或相對運動趨勢，所以鎮(zhèn)紙與白紙之間沒有摩擦力，A正確，B錯誤；毛筆在向右書寫中，毛筆對白紙有向右的摩擦力，由平衡條件可知，桌面對白紙有摩擦力，方向向左，C、D錯誤。對點訓(xùn)練?(2023·上海普陀高一期末)如圖所示，在水平地面上疊放著A、B、C三個完全相同的物塊，今用水平力F作用于B時，A、B、C均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列判斷錯誤的是(B)A．地面對C的摩擦力等于FB．A對B的摩擦力方向向左C．B對A的摩擦力等于零D．B對C的摩擦力等于F，方向向右解析：以A、B、C三個物體組成的整體為研究對象，根據(jù)平衡條件得到，地面對C的摩擦力大小等于F，方向水平向左，A正確；以A為研究對象，根據(jù)平衡條件得知，假設(shè)B對A有摩擦力，在水平方向找不到另一個力與之平衡，所以假設(shè)不成立，則B對A的摩擦力等于零，A對B也無摩擦，B錯誤，C正確；以A、B組成的整體為研究對象，根據(jù)平衡條件得知，C對B的摩擦力大小等于F，方向水平向左，由牛頓第三定律可知，B對C的摩擦力等于F，方向向右，D正確。探究摩擦力大小的計算要點提煉1．滑動摩擦力的大小計算公式Ff＝μFN，公式中FN為接觸面受到的正壓力，與物體的重力G是兩種性質(zhì)的力，大小和方向不一定與重力相同，F(xiàn)f與物體的運動狀態(tài)、運動速度的大小、接觸面積的大小均無關(guān)。2．靜摩擦力的大小(1)靜摩擦力大小通常利用平衡條件或牛頓第二定律(第四章學(xué)習(xí))求得。(2)最大靜摩擦力Fmax的大小隨物體對接觸面的壓力的增大而增大，其值略大于滑動摩擦力，高中階段為了計算方便，往往認為最大靜摩擦力大小等于滑動摩擦力。典例剖析典題2(多選)(2023·云南紅河高一階段練習(xí))如圖所示，一質(zhì)量為m的木塊在水平拉力作用下在長木板上向右滑行，質(zhì)量為M的長木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ2，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ1，m受到的摩擦力為Ff2，木板受到地面的摩擦力Ff1，則(AD)A．Ff2大小為μ2mg，方向向左B．Ff2大小為μ2Mg，方向向左C．Ff1大小為μ1(m＋M)g，方向向左D．Ff1大小為μ2mg，方向向左解析：由于質(zhì)量為m的木塊對質(zhì)量為M的木塊正壓力等于自身重力，則所受質(zhì)量為M的木板滑動摩擦力大小Ff2＝μ2FN＝μ2mg如圖所示方向水平向左，故A正確，B錯誤；質(zhì)量為M的木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向受到質(zhì)量為m的木塊滑動摩擦力和地面的靜摩擦力，且由于兩摩擦力是一對平衡力，根據(jù)平衡條件木板受到地面的摩擦力的大小是Ff1＝Ff2＝μ2mg，方向向左，故D正確，C錯誤。思維升華：求解摩擦力大小的方法(1)明確所求摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力。(2)靜摩擦力一般根據(jù)二力平衡來求。求解時應(yīng)注意物體是否處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，若物體處于減速或加速運動狀態(tài)，則二力平衡不成立。(3)滑動摩擦力一般根據(jù)公式法計算，計算時注意滑動摩擦力的大小與物體的速度大小、運動方向、接觸面積、物體是否勻速運動無關(guān)，只取決于動摩擦因數(shù)和正壓力的大小。對點訓(xùn)練?(2023·福建龍巖高一期中)如圖，一張質(zhì)量為30kg的辦公桌放在水平地板上，因維修需要移動其位置，經(jīng)測量至少要用100N的水平拉力，才能將它拉動。移動以后，只要用90N的水平推力就能使它繼續(xù)勻速運動。(g取10m/s2)(1)辦公桌與地板之間的最大靜摩擦力有多大？(2)辦公桌與地板之間的滑動摩擦力有多大？辦公桌與地板之間的動摩擦因數(shù)為多少？(3)當(dāng)用120N的水平推力推辦公桌，辦公桌受到的摩擦力有多大？答案：(1)100N(2)90N0.3(3)90N解析：(1)由于至少要用100N的水平拉力，才能將它拉動，則最大靜摩擦力Fmax＝100N。(2)由于移動以后，只要用90N的水平推力就能使它繼續(xù)勻速運動，則滑動摩擦力Ff＝90N又由于Ff＝μFN＝μmg解得μ＝0.3。(3)當(dāng)用120N的水平推力推辦公桌時，辦公桌將加速移動，此時摩擦力為滑動摩擦力，由于接觸面間的彈力與(2)中相同，則摩擦力仍然為90N。探究摩擦力的突變問題要點提煉1．靜摩擦力大小或方向可發(fā)生突變。2．靜摩擦力突然變?yōu)榛瑒幽Σ亮Α?．滑動摩擦力突然變?yōu)殪o摩擦力?？筛爬椤办o—靜”突變，“靜—動”突變，“動—靜”突變，其中相對滑動與相對靜止的臨界條件為靜摩擦力恰好達到最大值。典例剖析典題3(多選)如圖甲所示，一人用由零逐漸增大的水平力F推靜止于水平地面上、質(zhì)量為10kg的木箱，木箱與水平地面間的摩擦力Ff與F的關(guān)系如圖乙所示，g取10m/s2，可知(BC)A．木箱所受的最大靜摩擦力為Fm＝20NB．木箱所受的最大靜摩擦力為Fm＝21NC．木箱與地面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.20D．木箱與地面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.21解析：由圖乙可知，木箱受到的最大靜摩擦力為Fm＝21N，A項錯誤，B項正確；當(dāng)木箱運動后受到的是滑動摩擦力，大小為Ff＝20N，由Ff＝μmg，解得μ＝0.20，C項正確，D項錯誤。對點訓(xùn)練?(2023·浙江嘉興高一期中)如圖所示，質(zhì)量為1kg的物體與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同時受到一個水平向左的恒力F＝1N的作用，g取10m/s2，向右為正方向，該物體受到的摩擦力Ff隨時間t變化的圖像是(最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)(A)ABCD解析：物體從t＝0開始以初速度v0沿水平地面向右做勻減速運動，受到的滑動摩擦力大小為Ff1＝μmg＝0.2×1×10N＝2N方向向左，為負值。當(dāng)物體的速度減到零時，物體所受的最大靜摩擦力為Fm＝μmg＝2N則F<Fm，所以物體不能被拉動而處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到靜摩擦力作用，其大小為Ff2＝F＝1N方向向右，為正值。故選A。一、摩擦力的理解及方向的判斷1．(2023·陜西寶雞高一統(tǒng)考期中)下列有關(guān)摩擦力的說法中正確的是(A)A．計算摩擦力大小時一般首先要判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力B．靜摩擦力存在靜止的物體之間，滑動摩擦力存在滑動的物體之間C．滑動摩擦力的方向總是與物體的運動方向相反D．摩擦力總是阻力解析：計算摩擦力的大小，首先要判斷摩擦力是屬于靜摩擦力還是滑動摩擦力，然后根據(jù)靜摩擦力和滑動摩擦力的特點計算其大小，選項A正確；受靜摩擦力的兩物體是相對靜止的，但兩物體可以運動，受滑動摩擦力兩物體間是相對運動的，但某一物體可以是靜止的，選項B錯誤；滑動摩擦力的方向總是與物體的相對運動方向相反，與物體的運動方向可能相同，也可能相反，選項C錯誤；摩擦力的方向與相對運動或相對運動趨勢方向相反，跟運動方向可能相同，也可能相反。當(dāng)摩擦力方向與運動方向相同時，該力為動力，當(dāng)摩擦力方向與運動方向相反時，該力為阻力，選項D錯誤。2．(2023·安徽淮北高一期末)如圖所示，A、B、C三個物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同，三個物體隨傳送帶一起勻速運動，運動方向如圖中箭頭所示，則下列說法正確的是(B)A．A物體受到的摩擦力方向向右B．三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零C．B受到的摩擦力沿傳送帶向下D．B、C受到的摩擦力方向相反解析：根據(jù)題意可知，物體A在水平方向上做勻速直線運動，水平方向不受摩擦力，故A錯誤；根據(jù)題意可知，物體B、C均有相對傳送帶向下滑的趨勢，由平衡條件可得，物體B、C均受到沿斜面向上的靜摩擦力，故C、D錯誤；由上述分析可知，三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零，故B正確。二、摩擦力大小的計算3．(2023·北京懷柔高一統(tǒng)考期末)木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.25，夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，系統(tǒng)置于水面上靜止不動?，F(xiàn)用F＝2N的水平向右的拉力作用在B上，作用后它們?nèi)造o止不動，則作用后(C)A．木塊A所受摩擦力大小是7NB．木塊A所受摩擦力方向向左C．木塊B所受摩擦力大小是10ND．木塊B所受摩擦力大小是5N解析：根據(jù)胡克定律，可得A、B間彈簧彈力大小為F1＝kx＝400×2×10－2N＝8N木塊B與地面間的最大靜摩擦力為FmB＝μGB＝0.25×60N＝15N用F＝2N的水平拉力作用在木塊B上，木塊B受彈簧向右的彈力為8N，向右的拉力為2N，共10N，小于最大靜摩擦力，故B仍靜止不動，B所受的靜摩擦力大小為10N，向左，故C正確，D錯誤；因B仍靜止，可知彈簧彈力不變，因木塊A與地面間的最大靜摩擦力為FmA＝μGA＝0.25×50N＝12.5N，木塊A受到向左的彈力為8N，小于最大靜摩擦力，因A處于靜止?fàn)顟B(tài)，故木塊A所受摩擦力為靜摩擦力，根據(jù)二力平衡，可得木塊A所受摩擦力大小為FfA＝8N，方向水平向右，故A、B錯誤。一、選擇題1．(2023·廣東廣州高一期末)如圖所示，水平地面上堆放著原木，關(guān)于原木P在支撐點M、N處受力的方向，下列說法正確的是(C)A．N處受到的摩擦力豎直向下B．M處受到的摩擦力沿原木方向C．N處受到的支持力垂直MN向上D．M處受到的支持力垂直MN向上解析：靜摩擦力方向與接觸面相切，在N點原木P相對木堆有下滑趨勢，故N處受到的靜摩擦力沿MN方向，A錯誤；靜摩擦力方向與接觸面相切，故原木在M處受到的靜摩擦力沿地面方向，B錯誤；支持力總是垂直于接觸面指向被支持的物體，在N處原木受到的支持力垂直于MN向上，C正確；在M處原木受到的支持力垂直于水平地面，豎直向上，D錯誤。2．(2023·陜西延安高一?？计谀?傳送帶是生活及生產(chǎn)中的常見設(shè)備，它能幫助人們自動運送物品。如圖所示，糧食包隨傾斜的傳送帶向上移動，移動中糧食包與傳送帶上某點的相對位置保持不變，關(guān)于糧食包或傳送帶所受摩擦力的說法，其中正確的是(B)A．傳送帶對糧食包的摩擦力是滑動摩擦力B．糧食包對傳送帶的摩擦力方向沿傳送帶向下C．若傳送帶勻速移動，糧食包不受傳送帶的摩擦力作用D．糧食包所受傳送帶的摩擦力的方向可能與傳送帶垂直解析：糧食包相對傳動帶靜止，隨傾斜的傳送帶向上移動，傳送帶對糧食包的摩擦力是靜摩擦力，方向沿傳送帶向上，故糧食包對傳送帶的摩擦力方向沿傳送帶向下，A錯誤，B正確；若傳送帶勻速移動，糧食包仍受傳送帶的靜摩擦力作用，C錯誤；糧食包所受傳送帶的摩擦力方向不可能與傳送帶垂直，D錯誤。3．(2023·陜西漢中高一校聯(lián)考期末)用水平力F將木塊壓在豎直墻上，如圖所示，已知木塊重G＝6N，木塊與墻壁之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.25。以下說法正確的是(B)A．當(dāng)F＝20N時，木塊沒有動，木塊受到的摩擦力為6NB．當(dāng)F＝12N時，木塊沿墻面下滑，木塊受到的摩擦力為3NC．當(dāng)F變大時，木塊受到的摩擦力也會一直變大D．當(dāng)F減小時，木塊一定立即向下運動解析：當(dāng)F＝20N時，木塊受到的最大靜摩擦力為Fm＝μF＝0.25×20N＝5N，因為5N＜G＝6N，所以木塊沿斜面下滑，木塊受到的摩擦力為5N，A錯誤；當(dāng)F＝12N時，木塊受到的最大靜摩擦力為Fm＝μF＝0.25×12N＝3N，因為3N＜G＝6N，所以木塊沿墻面下滑，木塊受到的摩擦力為3N，B正確；當(dāng)F變大時，若木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則受到的摩擦力一直等于重力，大小保持不變，C錯誤；當(dāng)F減小時，若仍滿足μF≥G，則木塊仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，D錯誤。4．(2023·上海浦東高一期末)為研究木板與物塊之間的摩擦力，某同學(xué)在粗糙的長木板上放置一物塊，物塊通過細線連接固定在實驗臺上的力傳感器，如圖力(a)。水平向左拉木板，傳感器記錄的F－t圖像如圖(b)。下列說法中不正確的是(C)A．物塊受到的摩擦力方向始終水平向左B．1.0～1.3s時間內(nèi)，物塊與木板之間的摩擦力是靜摩擦力C．根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可以得到木板與物塊之間的動摩擦因數(shù)D．2.4～3.0s時間內(nèi)，木板可能做變速直線運動解析：木板始終向左運動或者有向左運動的趨勢，可得物塊對木板的摩擦力始終向右，所以物塊受到木板對其的摩擦力方向始終水平向左，A正確，不符合題意；根據(jù)圖像可得在1.0～1.3s時間內(nèi)物塊受到摩擦力在變化，所以可得此時為靜摩擦力，B正確，不符合題意；根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可以讀出滑動摩擦力大小，但由于物塊質(zhì)量未知，則無法求出木板與物塊之間的動摩擦因數(shù)，C錯誤，符合題意；2.4～3.0s時間內(nèi)傳感器示數(shù)不再變化說明此時摩擦力已經(jīng)變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，此時木板只要運動就行，可能做變速直線運動，D正確，不符合題意。5．(多選)(2023·山東臨沂高一校考期末)如圖所示，兩木