2018_2019版高中物理第三章相互作用3.3摩擦力课件新人教版必修1

3摩擦力1.认识静摩擦力的规律,知道静摩擦力的变化范围及其最大值。2.知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。3.会根据物体的平衡条件简单地计算静摩擦力的大小。4.知道滑动摩擦力产生的条件,认识滑动摩擦的规律。知道动摩擦因数与相互接触的物体的材料和接触面的粗糙程度有关,会判断滑动摩擦力的方向。5.能运用滑动摩擦力公式来计算滑动摩擦力。一二三一、静摩擦力定义:两个相互接触的物体之间有相对运动趋势而又保持相对静止时,在接触面间所产生的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力产生条件(1)接触面粗糙(2)两物体直接接触且相互挤压,即两物体之间存在弹力(3)两物体间保持相对静止,但存在相对运动趋势方向:跟接触面相切,且跟物体相对运动趋势的方向相反大小:随外力的变化而变化,由外部因素决定。静摩擦力所达到的最大值𝐹max叫作最大静摩擦力。故静摩擦力大小的取值范围是0𝐹≤𝐹max一二三如图所示,静止于斜面的物体有向哪运动的趋势?它为何没有发生运动?提示:物体有沿斜面向下运动的趋势,之所以没有运动,是因为它受到了斜面的摩擦力阻碍了运动的发生。一二三二、滑动摩擦力定义:当一个物体在另一个物体表面上滑动时,会受到另一个物体阻碍它滑动的力产生条件(1)接触面粗糙(2)两物体直接接触且相互挤压,即两物体之间存在弹力(3)两物体发生相对运动方向:跟接触面相切,并且跟物体相对运动的方向相反大小:𝐹=𝜇𝐹N。𝜇是动摩擦因数,𝜇的大小由相互接触的两个物体的材料与接触面的情况(如表面干燥与否、表面是否平滑)等因素决定,𝜇没有单位一二三解放军战士正在沿绳向上进行爬绳练习,他所受的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力?该摩擦力的方向向哪?提示:解放军战士在进行爬绳练习时,他的手、脚与绳子接触时间内没有发生滑动,故他受到的是静摩擦力。又由于他有向下滑动的趋势,所以摩擦力的方向沿绳向上。一二三三、滚动摩擦1.滚动摩擦是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦。当压力相同时,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。2.自行车的滚动轴承就是应用滚动摩擦代替滑动摩擦的一个典型的例子。一二三一、如何理解摩擦力中的“相对”二字1.静摩擦力和滑动摩擦力中的“静”和“动”都是相对的,指的是接触物体之间的相对静止和相对运动,而不是物体相对于地面的静止和运动。不能说“静止的物体受到的摩擦力一定是静摩擦力,运动的物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力”。(1)有静摩擦力作用的两物体是“相对”静止的,即这两个物体互为参考系时是静止的,而以其他物体为参考系时并不一定静止,所以一个物体受到静摩擦力作用时并不一定静止,也有可能是运动的。比如斜向上的传送带向上传送货物时货物受到传送带对它向上的静摩擦力,正是这个静摩擦力使得货物随传送带一起向上运动。(2)存在滑动摩擦力作用的两物体间有“相对”运动,但并不意味着这两个物体相对于其他物体都是运动的,所以受到滑动摩擦力作用的物体不一定运动。譬如擦黑板时,静止的黑板受到的是板擦对它的滑动摩擦力。一二三2.摩擦力的作用效果:摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动趋势,而不是阻碍物体的运动。摩擦力可以是阻力也可以是动力。人走路时脚相对于地面有向后运动的趋势,地面给人一个向前的静摩擦力,这里人受到的静摩擦力对人来说是动力。再比如货物冲上静止的平板小车使得小车也动起来了,这里平板车受到的滑动摩擦力对小车来说是动力,因此,无论是静摩擦力还是滑动摩擦力都可以充当动力。不要有“摩擦力总是阻力,总是阻碍物体的运动”的错误认识。一二三3.摩擦力的方向:摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反,而不是与运动方向相反,摩擦力还可以与物体的运动方向成一定角度。比如一只壁虎静止在行驶的车厢后壁上,壁虎受到向上的静摩擦力以阻止它下滑,但它对地的运动方向是水平向前的,因此摩擦力的方向可以和运动方向成一定角度,不一定与运动方向在一条直线上,但一定与相对运动或相对运动趋势的方向在一条直线上,且方向相反。一二三二、静摩擦力方向的判定方法思路例证由相对运动趋势直接判断如果物体相对运动趋势方向很明显,就可据“与相对运动趋势方向相反”直接判断如站在公共汽车上的人,当人随车一起启动(即做加速运动)时,判断人受到的摩擦力的方向。分析:人相对于车有向后的运动趋势,所以车给人向前的静摩擦力作用;此时人随车向前运动,人受静摩擦力方向与运动方向相同一二三方法思路例证用假设法判断所谓假设法就是先假设接触面光滑,再以施力物体为参考系,分析研究对象的相对运动的方向,从而确定相对运动趋势的方向,进而依据“与运动趋势方向相反”进行判断,假设法的特点是“化静为动”物体M在外力F的作用下静止在墙上,判断静摩擦力的方向。分析:假设墙面光滑,则物体相对墙面向下运动,所以物体静止时其相对运动趋势沿墙面向下,所以静摩擦力方向沿墙面向上一二三方法思路例证根据平衡条件进行判断若物体处于平衡状态,则根据平衡条件确定静摩擦力方向如图所示,物块A、B叠放在一起,在外力F的作用下,A、B一起做匀速直线运动,判断B对A的摩擦力的方向。分析:隔离物块A,A做匀速直线运动,其受外力向右,根据平衡条件,A必受一方向水平向左的力与F平衡,所以B对A的静摩擦力水平向左一二三温馨提示在判断摩擦力的方向时,弄清物体相对运动的方向是问题的关键。“相对运动”是指研究对象相对于被接触物体的运动,是以被接触物体为参考系的,物体实际运动(绝对运动)一般是以地面(或相对于地面静止的物体)为参考系的,相对运动的方向,不一定与物体实际运动的方向相同。物体间的相对运动与物体运动(实际运动)不是同一概念。摩擦力总是阻碍两个物体之间的“相对”运动,并不是阻碍物体的运动,有可能对物体的运动提供动力,不要误认为“摩擦力总是阻力,总是阻碍物体的运动”。一二三三、摩擦力大小的判定滑动摩擦力公式法F=μFNFN是两个物体之间的压力,称为正压力(垂直于接触面的力),它不是物体的重力。许多情况下要结合物体的平衡条件等加以确定式中的μ是动摩擦因数,大小由相互接触的两个物体的材料与接触面的情况决定,与接触面的大小无关滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面的大小也无关二力平衡法物体处于平衡状态(匀速直线运动、静止)时,根据二力平衡条件求解一二三静摩擦力大小:0F≤Fmax可由受力情况及二力平衡的条件来确定,静摩擦力的大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力的大小Fmax为最大静摩擦力,大小等于物体刚要运动时所需要的沿相对运动趋势方向的外力,其值略大于滑动摩擦力,一般认为两者相等特别提醒要计算摩擦力的大小,必须首先弄清是滑动摩擦力还是静摩擦力,这是求解摩擦力大小的第一步。类型一类型二类型三类型一对摩擦力的认识【例题1】(多选)关于摩擦力,下列说法正确的是()A.两个物体之间的静摩擦力总是一个定值B.摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同或相反C.静摩擦力可以是动力,也可以是阻力,滑动摩擦力一定是阻力D.运动的物体可以受静摩擦力作用,静止的物体也可以受滑动摩擦力作用点拨:正确理解摩擦力的概念是解决此类概念性问题的前提。类型一类型二类型三解析:物体之间的静摩擦力随着外力的变化而变化,并不是一个定值,选项A错误;滑动摩擦力可以与运动方向同向,也可以反向,比如子弹打进放在光滑地面上的木块的过程中,木块受到的摩擦力与木块的运动方向相同,而子弹受到的摩擦力与子弹的运动方向相反,静摩擦力也是如此,比如传送带将物体匀速运到高处,物体受到的静摩擦力的方向与运动方向相同,而皮带受到的静摩擦力方向与运动方向相反,选项B正确;当摩擦力方向与运动方向相同时,摩擦力就充当动力,当摩擦力方向与运动方向相反时,摩擦力就充当阻力,选项C错误;运动的物体可以受静摩擦力作用,如传送带向上运送物体,物体与传送带间的摩擦力为静摩擦力,静止的物体也可以受滑动摩擦力作用,如物体在桌面上滑动时,桌面受到的摩擦力就是滑动摩擦力,故选项D正确。答案:BD类型一类型二类型三题后反思静摩擦力发生在相对静止的物体之间,滑动摩擦力发生在相对运动的物体之间,不管是静摩擦力还是滑动摩擦力,与物体的运动方向可以相同,也可以相反;可以是动力,也可以是阻力。正确区分运动方向与相对运动方向间的不同,是解决此类问题的关键。类型一类型二类型三类型二对摩擦力产生条件的理解【例题2】(多选)如图所示,C是水平地面,A、B是两个长方形木块,F是作用在B上沿水平方向的力,物体A和B以相同的速度做匀速直线运动,由此可知,A、B间的动摩擦因数μ1和B、C间的动摩擦因数μ2可能是()A.μ1=0,μ2=0B.μ1=0,μ2≠0C.μ1≠0,μ2=0D.μ1≠0,μ2≠0点拨:两物体间若存在摩擦力,则物体间的动摩擦因数一定不为零。接触面不光滑,动摩擦因数不为零时,物体间不一定存在摩擦力。类型一类型二类型三解析:由A和B在外力F的作用下以相同速度做匀速直线运动知,可采取先整体后隔离的解题方法,A与B间无相对运动趋势。以A和B为整体,在水平方向上受外力,所以C必然给A和B这个整体一个摩擦力,所以μ2≠0。再利用隔离法研究A,由题意知,A在水平方向不受外力,所以B肯定不给A摩擦力。从摩擦力产生的角度来看,只要接触、挤压、接触面粗糙、有相对运动趋势或相对运动这些条件缺少一个,就不会产生摩擦力。因为A与B以相同的速度匀速运动,A与B无相对运动趋势,所以不管A与B间是否粗糙,都不会产生摩擦力,所以μ1=0或μ1≠0。答案:BD类型一类型二类型三题后反思结合物体的运动状态判断有无摩擦力是一种常用的方法。当物体匀速运动或静止时,可根据二力平衡的知识求出摩擦力的大小。要灵活选取研究对象,特别是当两个物体的运动状态相同时,常常将这两个物体看作一个整体来处理。类型一类型二类型三类型三摩擦力大小的计算【例题3】用20N的水平力在水平地面上拉重60N的物体时,物体恰能被拉动;物体运动后只需18N的拉力即可使物体做匀速直线运动。该物体静止在水平地面上:(1)若用15N的水平力拉该物体,物体受到的摩擦力大小为多少?(2)若用30N的水平力拉该物体,物体受到的摩擦力大小为多少?(3)物体与地面间的动摩擦因数为多少?点拨:解答本题时可按以下思路分析:类型一类型二类型三解析:(1)水平力为20N时恰能拉动,说明最大静摩擦力Fmax=20N。若用F1=15N的力拉物体,由于F1Fmax,故物体不会相对于地面滑动,物体受静摩擦力的作用,由二力平衡得物体此时受到的摩擦力F静=F1=15N。(2)因为物体运动后只需18N的拉力即可使物体做匀速直线运动,故F滑=18N,当用F2=30N的力拉物体时,F2Fmax,物体受滑动摩擦力,大小为F滑=18N。答案:(1)15N(2)18N(3)0.3(3)由F滑=μFN得μ=𝐹滑𝐹N=18N60N=0.3。类型一类型二类型三题后反思计算摩擦力大小的基本思路:(1)首先分析物体的运动情况,明确是滑动摩擦力还是静摩擦力。(2)滑动摩擦力的大小直接由公式F=μFN求解。求解的关键是根据平衡方程或动力学方程(后面将学习)计算正压力FN的大小。静摩擦力大小的计算一般应根据物体的运动情况(静止、匀速直线运动或加速直线运动),利用平衡方程或动力学方程(后面将学习)求解。