2024-2025學(xué)年新教材高中物理第三章相互作用-力2摩擦力學(xué)案新人教版必修第一冊(cè)

PAGE10-2．摩擦力目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)·梳理脈絡(luò)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力的定義。2．理解滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力的產(chǎn)生條件。3．會(huì)推斷摩擦力的方向及計(jì)算摩擦力的大小。4．理解最大靜摩擦力的概念?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1滑動(dòng)摩擦力1．定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們__相對(duì)滑動(dòng)__時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種__阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)__的力，這種力叫作滑動(dòng)摩擦力。2．方向：總是沿著__接觸面__，并且跟物體__相對(duì)運(yùn)動(dòng)__的方向相反。3．大小(1)滑動(dòng)摩擦力的大小跟接觸面上壓力的大小成__正比__，還跟接觸面的粗糙程度、材質(zhì)等有關(guān)。(2)公式：Ff＝__μFN__。(3)動(dòng)摩擦因數(shù)μ：它的值跟兩接觸面的__材料__和__粗糙程度__有關(guān)。動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝__eq\f(Ff,FN)__，F(xiàn)f在接觸面內(nèi)且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向__相反__，F(xiàn)N與接觸面__垂直__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2靜摩擦力1．定義：相互接觸的兩個(gè)物體之間只有__相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)__，而沒(méi)有__相對(duì)運(yùn)動(dòng)__時(shí)，這時(shí)的摩擦力叫作靜摩擦力。2．方向：總是沿著__接觸面__，跟物體__相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)__的方向相反。3．最大靜摩擦力：靜摩擦力有一個(gè)最大值Fmax，在數(shù)值上等于物體__即將起先運(yùn)動(dòng)__時(shí)的拉力。4．靜摩擦力的大?。簝晌矬w之間實(shí)際產(chǎn)生的靜摩擦力F在__0__與最大靜摩擦力__Fmax__之間，即__0<F≤Fmax__。預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)時(shí)，肯定產(chǎn)生摩擦力。(×)(2)摩擦力肯定作用于兩個(gè)相互接觸的物體之間。(√)(3)靜止的物體受到的摩擦力肯定是靜摩擦力。(×)(4)運(yùn)動(dòng)的物體受到的摩擦力肯定是滑動(dòng)摩擦力。(×)(5)摩擦力肯定是阻力。(×)『選一選』(2024·甘肅省蘭州一中高一上學(xué)期期中)下列情景中，物體M所受摩擦力Ff的示意圖正確的是(B)解析：物體靜止在粗糙水平面上，但沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，則沒(méi)有摩擦力，故A錯(cuò)誤；汽車停在斜坡上，由于有下滑趨勢(shì)，因此受到沿著斜坡向上的靜摩擦力，故B正確；物體雖貼著豎直墻面，但由于自由下落，因此與豎直墻面沒(méi)有壓力，則沒(méi)有摩擦力，故C錯(cuò)誤；瓶子被握在手中處于靜止?fàn)顟B(tài)，依據(jù)平衡條件，則瓶子受到的靜摩擦力與重力平衡，方向豎直向上，故D錯(cuò)誤。故應(yīng)選B?！合胍幌搿蝗鐖D甲、乙、丙所示，質(zhì)量為2kg的木塊在不同水平拉力作用下，均向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(1)以上三圖中的木塊除了受到水平拉力外，水平方向還要受到一個(gè)什么力？你能依據(jù)二力平衡確定這個(gè)力的大小嗎？(2)以上三圖中木塊受的摩擦力方向向哪？滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有何規(guī)律？(3)比較甲、乙兩圖，表明滑動(dòng)摩擦力大小與什么因素有關(guān)？比較甲、丙兩圖，表明滑動(dòng)摩擦力大小與什么因素有關(guān)？答案：(1)滑動(dòng)摩擦力，其大小和外力大小相等，即3.6N、6.6N、5.6N。(2)方向均向左，其方向總與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。(3)甲、乙表明，滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)；甲、丙表明，滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面間的材料有關(guān)。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究滑動(dòng)摩擦力┃┃情境導(dǎo)入__■甲圖中物體與地面“一動(dòng)一靜”，乙圖中物體與傳送帶“一慢一快”，丙圖中物體與傳送帶“一左一右”。若各接觸面均粗糙，試分析圖中物體是否受摩擦力；若存在摩擦力，分析摩擦力的方向。提示：甲圖中物體受到向左的滑動(dòng)摩擦力；乙、丙圖中物體均受到向右的滑動(dòng)摩擦力。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件兩物體eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①接觸面粗糙,②相互擠壓,③具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)))缺一不行2．滑動(dòng)摩擦力的方向(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。(2)與物體的運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反。例如：3．滑動(dòng)摩擦力的大小(1)公式法：依據(jù)公式Ff＝μFN計(jì)算。①正壓力FN是物體與接觸面間的壓力，不肯定等于物體的重力，F(xiàn)N的大小依據(jù)物體的受力狀況確定。②動(dòng)摩擦因數(shù)μ與材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)，而與物體間的壓力、接觸面的大小無(wú)關(guān)。(2)二力平衡法：物體處于平衡狀態(tài)(勻速運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí)，依據(jù)二力平衡條件求解。特殊提示(1)滑動(dòng)摩擦力的方向與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反。(2)滑動(dòng)摩擦力的作用總是阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。┃┃典例剖析__■典題1(2024·海南省海南中學(xué)高一上學(xué)期期末)如圖所示，質(zhì)量為20kg的物體，沿粗糙水平地面對(duì)右運(yùn)動(dòng)，一水平向左的力F＝10N作用于物體上，物體與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，則物體所受摩擦力的大小和方向?yàn)?取g＝10N/kg)(D)A．10N，向右 B．10N，向左C．20N，向右 D．20N，向左思路引導(dǎo)：(1)滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)地面滑動(dòng)的方向相反。(2)滑動(dòng)摩擦力的大小Ff＝μFN。解析：物體沿粗糙水平地面對(duì)右運(yùn)動(dòng)，物體對(duì)地面的壓力大小FN＝mg＝200N，滑動(dòng)摩擦力大小為f＝μFN＝μmg＝20N，方向：與物體相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向相反，即向左，故D正確。思維升華：(1)滑動(dòng)摩擦力的大小由正壓力和動(dòng)摩擦因數(shù)確定，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、接觸面積無(wú)關(guān)。(2)滑動(dòng)摩擦力的方向與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向”相反，并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．(多選)(2024·山西高校附中高一上學(xué)期期中)如圖所示，一只貓?jiān)谧肋吤偷貙⒆啦紡聂~(yú)缸下拉出，魚(yú)缸與桌布分別后接著在桌面滑行，最終沒(méi)有滑出桌面。若魚(yú)缸、桌布、桌面兩兩之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相等，則在上述過(guò)程中(AC)A．桌布對(duì)魚(yú)缸摩擦力的方向向右B．桌面對(duì)魚(yú)缸摩擦力的方向向右C．魚(yú)缸所受的摩擦力大小沒(méi)有改變D．若貓?jiān)龃罄Γ~(yú)缸受到桌布的摩擦力將增大解析：桌布向右拉出時(shí)，魚(yú)缸相對(duì)于桌布有向左的運(yùn)動(dòng)，故魚(yú)缸受到的摩擦力向右，故A正確；桌面對(duì)魚(yú)缸摩擦力的方向向左，故B錯(cuò)誤；魚(yú)缸受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，其大小與拉力無(wú)關(guān)，只與壓力和動(dòng)摩擦因數(shù)有關(guān)，因此增大拉力時(shí)，摩擦力不變，故C正確；D錯(cuò)誤。探究靜摩擦力┃┃情境導(dǎo)入__■某同學(xué)用力向右推木箱，但沒(méi)有推動(dòng)，在此過(guò)程中木箱與地面間是否存在摩擦力？若存在，說(shuō)明摩擦力的方向。提示：存在；向左┃┃要點(diǎn)提煉__■1．靜摩擦力產(chǎn)生的條件兩物體eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①接觸面粗糙,②相互擠壓,③具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)))缺一不行2．靜摩擦力的方向(1)在接觸面上，與接觸面相切，且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。(2)與物體運(yùn)動(dòng)的方向可能相同，也可能相反。例如：3．靜摩擦力的大小(1)大小的范圍：0<F≤Fmax。(2)計(jì)算：物體處于平衡狀態(tài)(勻速運(yùn)動(dòng)或靜止)時(shí)，依據(jù)二力平衡條件求解。(3)最大靜摩擦力Fmax略大于滑動(dòng)摩擦力，一般狀況下，為分析問(wèn)題便利，可認(rèn)為二者相等。特殊提示(1)不能認(rèn)為受靜摩擦力的物體肯定靜止，運(yùn)動(dòng)的物體之間也可能存在靜摩擦力。(2)靜摩擦力的效果不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，而是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。(3)靜摩擦力是被動(dòng)力，在肯定范圍內(nèi)其大小隨外力改變而改變，并不是一個(gè)定值。┃┃典例剖析__■典題2(多選)(2024·江西省贛州十四縣高一上學(xué)期期中聯(lián)考)用手握住一個(gè)油瓶(瓶始終處于豎直方向)靜止不動(dòng)，如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(BD)A．瓶中油越多，手必需握得越緊B．握手處假如有許多油，手必需握得越緊C．手握得越緊，油瓶受到的摩擦力越大D．油瓶受到的靜摩擦力方向豎直向上，其大小等于油瓶的重力思路引導(dǎo)：正確理解靜摩擦力的概念，明確靜摩擦力的大小和方向。解析：若油瓶和油的總重力沒(méi)有超過(guò)手對(duì)油瓶的最大靜摩擦力，手對(duì)油瓶的壓力可以不變，A錯(cuò)誤；握手處油許多，比較滑，應(yīng)當(dāng)通過(guò)增加手對(duì)油瓶的壓力，才能增大最大靜摩擦力，防止油瓶下落，故B正確；油瓶受到的靜摩擦力與重力處于二力平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤，D正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(2024·山東省濟(jì)南一中高一上學(xué)期期中)如圖所示，A、B、C三個(gè)物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)也相同。三個(gè)物體隨傳送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向如圖中箭頭所示。則下列說(shuō)法正確的是(B)A．A物體受到的摩擦力方向向右B．三個(gè)物體中只有A物體受到的摩擦力是零C．B受到的摩擦力沿斜面對(duì)下D．B、C受到的摩擦力方向相反解析：A物體做水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，水平方向不受摩擦力，故A錯(cuò)誤；B、C物體均有相對(duì)傳送帶向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，故均受到沿斜面對(duì)上的靜摩擦力，B正確，C、D錯(cuò)誤。探究靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力的比較┃┃情境導(dǎo)入__■繩結(jié)是靠什么性質(zhì)的力使繩子連在一起或把物體綁在一起？為什么有的繩子不簡(jiǎn)單“死扣”？提示：靜摩擦力；動(dòng)摩擦因數(shù)太小(或繩子光滑)┃┃要點(diǎn)提煉__■兩種摩擦力的比較靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生條件相同點(diǎn)①相互接觸；②相互擠壓；③接觸面粗糙不同點(diǎn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)力的三要素大小相同點(diǎn)①可依據(jù)二力平衡條件求解；②可依據(jù)作用力、反作用力的特點(diǎn)求解(后面學(xué)習(xí))不同點(diǎn)被動(dòng)力，與壓力無(wú)關(guān)，大小為0<Ff≤Fmax公式Ff＝μFN，與正壓力成正比方向相同點(diǎn)①與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)干脆關(guān)系，可與運(yùn)動(dòng)方向相同，也可與運(yùn)動(dòng)方向相反或者成一夾角；②與接觸面相切；③與同一接觸面上的彈力方向垂直不同點(diǎn)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反作用點(diǎn)相同點(diǎn)在接觸面上，做力的圖示時(shí)，可依據(jù)等效原理畫(huà)到物體的重心上┃┃典例剖析__■典題3如圖所示，一重為40N的木塊原來(lái)靜止在水平桌面上，某瞬間在水平方向上同時(shí)受到兩個(gè)方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13N，F(xiàn)2＝6N。已知木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，求：(1)木塊所受的摩擦力的大小和方向；(2)當(dāng)只將F1撒去時(shí)，木塊受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木塊受到的摩擦力的大小和方向。思路引導(dǎo)：eq\x(\a\al(判定物塊處,于靜止還是,滑動(dòng)狀態(tài)))—eq\b\lc\[\rc\(\a\vs4\al\co1(\x(靜摩擦)—\x(二力平衡),\x(滑動(dòng)摩擦)—\x(Ff＝μFN)))解析：當(dāng)木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力為F滑＝μFN＝μG＝0.2×40N＝8N，故木塊受到桌面的最大靜摩擦力為8N。(1)加上F1、F2后，F(xiàn)1和F2相當(dāng)于一個(gè)方向向右的F＝F1－F2＝7N的力。由于F小于最大靜摩擦力，故木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則木塊受到桌面靜摩擦力的作用，大小為7N，方向水平向左。(2)將F1撤去后，由于F2小于最大靜摩擦力，故木塊仍舊保持靜止。由二力平衡學(xué)問(wèn)知，木塊受到的靜摩擦力大小等于F2，即大小為6N，方向水平向右。(3)撤掉F2后，由于F1大于最大靜摩擦力，則木塊受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為8N，方向水平向左。答案：(1)7N水平向左(2)6N水平向右(3)8N水平向左思維升華：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(dòng)摩擦力。(2)靜摩擦力一般依據(jù)二力平衡來(lái)求。求解時(shí)應(yīng)留意物體是否處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若物體處于減速或加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則二力平衡不成立。(3)滑動(dòng)摩擦力一般依據(jù)公式法計(jì)算，計(jì)算時(shí)留意滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的速度大小、物體是否勻速運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，只取決于動(dòng)摩擦因數(shù)和正壓力的大小。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■3．(2024·杭州高一期中)如圖甲所示，小孩用80N的水平力推木箱不動(dòng)，木箱此時(shí)受到水平地面的摩擦力大小為F1；如圖乙所示，小孩用100N的水平力恰能推動(dòng)木箱，此時(shí)木箱與水平地面間的摩擦力大小為F2；如圖丙所示，小孩把木箱推動(dòng)了，此時(shí)木箱與水平地面間摩擦力大小為F3，若木箱對(duì)水平地面的壓力大小為200N，木箱與水平地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.45，則F1、F2、F3的大小分別為(C)A．80N、80N、90N B．80N、80N、45NC．80N、100N、90N D．80N、100N、45N解析：小孩用80N的水平力推木箱，木箱不動(dòng)，由二力平衡得F1＝80N；用至少100N的水平力推木箱，木箱才能被推動(dòng)，則有最大靜摩擦力F2＝100N；由滑動(dòng)摩擦力的表達(dá)式得F3＝μFN＝90N，故選項(xiàng)C正確。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)對(duì)摩擦力相識(shí)的幾個(gè)誤區(qū)誤區(qū)一：誤認(rèn)為只有靜止的物體才受靜摩擦力作用，滑動(dòng)摩擦力肯定產(chǎn)生于運(yùn)動(dòng)的物體間靜摩擦力產(chǎn)生于兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間，它們可能都運(yùn)動(dòng)；滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間，它們中可能有一個(gè)物體靜止。例如，汽車加速前進(jìn)時(shí)，相對(duì)于車廂靜止的箱子隨汽車一起運(yùn)動(dòng)受到向前的靜摩擦力；狗拉雪橇向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的地面受到滑動(dòng)摩擦力。誤區(qū)二：誤認(rèn)為摩擦力的方向肯定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反事實(shí)上摩擦力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，與物體的運(yùn)動(dòng)方向可能相反，可能相同，還可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線上。誤區(qū)三：誤認(rèn)為物體間的壓力越大，摩擦力就越大事實(shí)上滑動(dòng)摩擦力、最大靜摩擦力與物體間的壓力有關(guān)，壓力越大，則滑動(dòng)摩擦力和最大靜摩擦力就越大，而靜摩擦力的大小與物體間的壓力無(wú)關(guān)。誤區(qū)四：誤認(rèn)為摩擦力肯定是阻力事實(shí)上摩擦力阻礙的是物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力不肯定是阻力，有可能是動(dòng)力，如傳送帶就是利用摩擦力作為動(dòng)力，將糧食由低處送到糧倉(cāng)中。案例如圖所示，一輛汽車在平直馬路上，車上有