【创新设计】2020-2021学年高一物理人教版必修一教案：3.4-摩擦力-Word版含解析.docx

3.4　摩擦力
[目标定位]1.知道摩擦力的定义及分类.2.理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件.3.会推断摩擦力的方向及计算摩擦力的大小.4.了解最大静摩擦力的概念．

一、摩擦力
两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力，叫做摩擦力．
二、静摩擦力
1．定义：两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时产生的摩擦力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反．
3．大小：当相对运动趋势增加时，静摩擦力也随着增大，但有一个限度，这个静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力．而两物体间实际发生的静摩擦力F在0与Fmax之间，即0＜F≤Fmax.
　想一想：
若物体受到摩擦力作用，则肯定受弹力作用吗？
答案　肯定；产生摩擦力的条件是：两个物体接触且挤压；发生相对运动或相对运动趋势；接触面粗糙．所以受到摩擦力时肯定受到弹力作用．
三、滑动摩擦力
1．定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，叫做滑动摩擦力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反．
3．大小：两个物体间的滑动摩擦力的大小跟压力成正比，用公式表示为F＝μFN，其中μ是比例常数(它是两个力的比值，没有单位)，叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关，还跟接触面的状况(如粗糙程度)有关．
　想一想：
跑步时，脚受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？方向如何？
图341

答案　跑步时，脚和地面接触的时间内，脚并没有和地面发生相对运动，因此脚受到的摩擦力为静摩擦力，方向和人的运动方向相同．

一、对静摩擦力理解
1．产生的条件：(1)接触面是粗糙的．(2)两物体有相对运动的趋势．(3)两物体在接触面上有正压力(弹力)．
2．大小：
(1)静摩擦力具有被动性，即其大小总随迫使物体发生相对运动的外力的变化而变化，与正压力大小无关．
(2)静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦力Fmax，静摩擦力的范围是0<F≤Fmax.最大静摩擦力与正压力成正比．

图342
(3)静摩擦力的大小一般依据平衡条件法求解．如图342中水平力F＝1 N、2 N、3 N时物块没有运动，静摩擦力大小分别为1 N、2 N、3 N.
3．方向：静摩擦力的方向必定和接触面相切，总与相对运动趋势的方向相反．
留意：(1)与“相对运动趋势的方向相反”，并不是与“运动方向”相反；(2)静摩擦力的效果是阻碍物体间的相对运动趋势，并不是阻碍物体的运动．

图343
如图343所示，货物被传送带由低处传送到高处的过程中，(传送带匀速转动，货物和传送带相对静止)此时，物体受到静摩擦力的方向沿斜面对上，与运动方向相同，是动力．
例1　(2021浙江高一期末)关于静摩擦力的说法，正确的是(　　)
A．两个相对静止的物体间肯定有静摩擦力的作用
B．受静摩擦作用的物体肯定是静止的
C．在物体间压力肯定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度
D．静摩擦力肯定是阻力
解析　当两个物体有相对运动趋势时才有可能产生静摩擦力，A错；受静摩擦作用的物体有可能是运动的，比如人走路时，受到的就是静摩擦力，B错；在物体间压力肯定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度，这个限度就是最大静摩擦力，C对；静摩擦力可能是阻力也可能是动力，D错．
答案　C
借题发挥　通常状况下，静摩擦力的方向可能和物体运动的方向相反，此时静摩擦力是阻力；但静摩擦力的方向也可能和物体运动方向相同，此时静摩擦力作为动力．不管静摩擦力的方向与运动方向是相同还是相反，其方向肯定是与物体间相对运动趋势的方向相反．不管静摩擦力是动力还是阻力，其肯定是阻碍物体间的相对运动趋势．

图344
例2　如图344所示，一质量为m的木块靠在竖直粗糙的墙壁上，且受到水平力F的作用，下列说法正确的是(　　)
A．若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上
B．若木块静止，当F增大时，木块受到的静摩擦力随之增大
C．若木块沿墙壁向下运动，则墙壁对木块的摩擦力大小为μF
D．若开头时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块不受滑动摩擦力作用
解析　若木块静止，则木块受到的静摩擦力与mg平衡，大小为mg，方向竖直向上，故A正确，B错误；木块沿墙壁向下运动，墙对木块的摩擦力大小为μFN＝μF，故C正确；当撤去F时，墙与木块间无弹力，则木块不受摩擦力作用，故D正确．
答案　ACD
二、对滑动摩擦力的理解
1．滑动摩擦力的产生条件：(1)两物体间有弹力；(2)接触面不光滑；(3)两物体发生了相对运动(滑动)．
2．大小：(1)两个物体间滑动摩擦力的大小F与正压力FN成正比，即F＝μFN.
(2)对公式F＝μFN的理解与应用
①公式中的μ是比例常数叫做动摩擦因数，反映接触面本身的特性，与接触面的材料、粗糙程度有关，与接触面积大小、物体的运动状态、物体的受力状况均无关，没有单位．
②公式中的FN是两个物体接触面间的压力，俗称“正压力”(垂直于接触面的力)，压力的大小在很多状况下需结合物体的平衡条件加以确定．
③滑动摩擦力F大小与FN成正比，与物体的运动状态无关．

图345
3．方向：滑动摩擦力的方向总是跟两物体的接触面相切并且跟它们相对运动的方向相反．
留意：(1)与“相对运动的方向相反”并不是与“运动方向”相反．
(2)滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动，而不是阻碍物体的运动．
例如：物体A、B都向右运动，速度分别为vA＝1 m/s，vB＝2 m/s. 则A受到B向右的滑动摩擦力F1，是动力；B受到A向左的滑动摩擦力F2，是阻力．
例3　(2021～2022吉林高一月考)有关滑动摩擦力的下列说法中，正确的是(　　)
A．有压力肯定有滑动摩擦力
B．有滑动摩擦力肯定有压力
C．滑动摩擦力总是与接触面上的压力垂直
D．只有运动物体才受滑动摩擦力
解析　产生滑动摩擦力的条件有三个：正压力(相互接触且挤压)、接触面粗糙、发生相对滑动，缺一不行．由产生条件可知，A错，B正确．滑动摩擦力方向与接触面相切，而压力垂直于接触面，所以滑动摩擦力方向跟接触面所受压力垂直，C正确．如擦黑板时，黑板是静止的，但相对黑板擦是运动的，也受滑动摩擦力，所以关键是“相对运动”，故D错误．
答案　BC
例4　　质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如图346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F.(取g＝10 N/kg)
图346

(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？
(3)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是多大？
解析　在地面上，FN＝mg，则滑动摩擦力(即最大静摩擦力Fmax)大小为Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10 N
＝10 N.
(1)当推力F＝5 N时，F<Fmax，物体静止，则由二力平衡知：地面对物体的静摩擦力的大小F静＝F＝5 N.
(2)当推力F＝12 N时，F>Fmax，物体滑动，则地面对物体的滑动摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10 N.
(3)运动过程中把推力去掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小F滑′＝10 N.
答案　(1)5 N　(2)10 N　(3)10 N
借题发挥　求解物体受到的摩擦力大小时，要先推断物体是受到的静摩擦力还是滑动摩擦力．