河北省2011年高考物理一轮总复习课件：力 物体的平衡 第2讲 摩擦力

第2讲摩擦力透析·高考动向考点题型一览无遗名师点金滑动摩擦力不仅是本单元的重点和难点，而且在以后的动力学、功能问题中也占有重要的地位，所以我们在此要掌握好这一物理量的定义、特性和计算方法，为以后能在较复杂的物理过程中正确分析它们打下坚实的基础．在本讲中，对于滑动摩擦力的理解，难点在于理解“滑动摩擦力的大小与μ、FN有关，而且只与这两个量有关”，不需要钻研过多、过深；对于静摩擦力的理解，重点和难点都在于判定它的方向．知识梳理一、滑动摩擦力1．产生条件两物体直接接触、相互挤压(有弹力)、接触面粗糙、有相对运动．这四个条件缺一不可．2．大小滑动摩擦定律：F＝μFN．其中FN为接触面之间的弹力；μ为动摩擦因数，它的数值与接触面的粗糙程度有关．3．方向总是和接触面相切，和相对运动的方向相反，总是阻碍物体间的相对运动．注意：滑动摩擦力的方向总是和相对运动方向相反，但不一定与运动方向相反；滑动摩擦力总是起着阻碍相对运动的作用，但不一定起阻碍运动的作用，它既可以是阻力，也可以是动力．二、静摩擦力1．产生条件两物体直接接触、相互挤压(有弹力)、接触面粗糙、有相对运动趋势．这四个条件缺一不可．2．大小(1)必须明确静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F＝μFN计算，其大小随引起相对运动趋势的外力的变化而变化，静摩擦力的最大值略大于滑动摩擦力，如图2－1所示．在粗略的计算中，其最大值有时会取等于滑动摩擦力，即Fm＝μFN．图2－13．方向总是和接触面相切，和相对运动趋势的方向相反，总是阻碍物体的相对运动趋势．三、需要注意的问题1．两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件(没有弹力不可能有摩擦力)．2．摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度．通常情况下摩擦力的方向可能和物体的运动方向相同(作为动力)，可能和物体的运动方向相反(作为阻力)，也可能和物体的速度方向垂直(例如提供物体做匀速圆周运动的向心力)．3．静摩擦力也是被动力，就是说静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出，而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的．基础自测1．(四川省宜宾市2010届高三摸底)下列关于摩擦力的说法中，正确的是()A．阻碍物体运动的力称为摩擦力B．滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反C．静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直D．接触面上的摩擦力总是与接触面平行【解析】摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，而不是阻碍物体的运动，因此A选项错误．另一方面摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势方向相反，故B选项错误．当相对运动趋势方向与运动方向垂直时，静摩擦力的方向就与运动方向垂直，故C正确．摩擦力是切向力，故与接触面平行，D正确．【答案】CD2．(湖北省襄樊四中2010届高三摸底考试)长直木板放置在水平面上，其上表面的一端放置一个铁块，将放置铁块的一端由水平位置缓慢地向上抬起，木板另一端相对水平面的位置保持不变，如图2－2甲所示．铁块受到摩擦力f随木板倾角α变化的图象可能是图2－2乙中的(设最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力大小)()图2－2甲图2－2乙【解析】本题应分三种情况进行分析：①当0≤α＜arctanμ(μ为铁块与木板间的动摩擦因数)时，铁块相对木板处于静止状态，铁块受静摩擦力作用，其大小与重力沿木板面(斜面)方向的分力大小相等，即f＝mgsinα．α＝0时，f＝0；f随α的增大按正弦规律增大．②当α＝arctanμ时处于临界状态，此时摩擦力达到最大静摩擦力，由题设条件可知其等于滑动摩擦力大小．③当arctanμ＜α≤90°时，铁块相对木板向下滑动，铁块受到滑动摩擦力的作用，根据摩擦定律可知f＝μFN＝μmgcosα，f随α的增大按余弦规律减小．综合上述分析可知C图正确地表示了f随α变化的图象．【答案】C创新·方法探究提炼方法展示技巧题型方法一、摩擦力方向的判断例1如图2－3甲所示，在以速度v0＝2m/s匀速传送的皮带上放上一质量m＝2kg的木箱，木箱在皮带上相对滑动一段距离后达到与皮带相同速度向上运动，已知木箱与皮带的动摩擦因数μ＝0.8，皮带的倾斜角θ＝37°，取g＝10m/s2．分析这一过程中木箱所受摩擦力的情况．图2－3甲【解析】木箱的受力情况如图2－3乙所示,木箱在皮带上相对滑动时受到沿皮带向上的滑动摩擦力作用，其大小为：图2－3乙f1＝μFN＝μmgcosθ＝12.8N木箱与皮带达到共同速度时受到沿皮带向上的静摩擦力作用，其大小为：f2＝mgsinθ＝12N．【答案】木箱开始受滑动摩擦力，大小为12.8N，之后受静摩擦力，大小为12N；方向均为沿皮带向上．【点评】由解析可知，木箱受到的滑动摩擦力和静摩擦力都与运动方向相同,但与相对运动或相对运动的趋势相反．方法概述静摩擦力方向的判断(1)假设法：假设相互接触面突然变成光滑，看两物体是否会发生相对滑动，以此来判定它们之间是否存在静摩擦力以及静摩擦力的方向；假设前提下相对滑动的方向就是相对运动趋势的方向，静摩擦力的方向与该方向相反．(2)运动状态判断法：根据平衡条件或牛顿运动定律列出物体受力与运动状态的方程，求解物体受静摩擦力的大小与方向．二、静摩擦力大小的计算例2如图2－4甲所示，一个物体A恰好静止于斜面上，现用一竖直向下的外力F压物体A，下列说法正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()图2－4甲A．物体A所受的摩擦力可能减小B．物体A对斜面的压力可能保持不变C．不管F怎样增大，物体A总保持静止D．当F增大到某一值时，物体可能沿斜面下滑【解析】A原来恰好静止于斜面上，说明A与斜面间的动摩擦因数μ满足：μ＝tanθ．施加力F后，A的受力情况如图2－4乙所示，A若滑动，则有：图2－4乙f滑＝μFN＝μ(G＋F)cosθ＝(G＋F)sinθ所以A仍然静止，故选项C正确．【答案】C【点评】题中的物理现象被称为“自锁现象”．三、滑动摩擦力大小的计算例3一块烧制得很规则的红砖按如图2－5甲、乙、丙三种方式在同一水平面上滑动，其中甲图中砖块做匀速滑动，乙图中砖块做匀加速运动，丙图中砖块竖立后在水平面做与甲图相同的运动．则关于各图中红砖受到滑动摩擦力大小的关系，以下判断正确的是()图2－5A．F甲＝F乙＜F丙B．F甲＝F丙＜F乙C．F甲＝F乙＝F丙D．F丙＜F甲＜F乙【解析】滑动摩擦力f＝μFN，与接触面的大小、相对滑动速度、加速度无关，故有F甲＝F乙＝F丙．【答案】C高考排雷例如图2－6甲所示，质量为m的工件置于水平放置的钢板C上，两者间的动摩擦因数为μ，由于光滑导槽A、B的控制，工件只能沿水平导槽运动．现使钢板以速度v1向右运动，同时用力F拉动工件(F方向与导槽平行)使其以速度v2沿导槽运动，则F的大小()图2－6甲A．等于μmgB．大于μmgC．小于μmgD．不能确定【错解】取大地为参考系，工件沿导槽方向以速度v1运动，故受到滑动摩擦力的方向与此方向相反且大小f＝μmg，拉力F＝μmg．选A．【剖析】工件受到的摩擦力大小f＝μmg，但方向与工件相对钢板运动的方向相反．即滑动摩擦力与拉力不在一条直线上，不是一对平衡力．【正解】工件相对地面以速度v2运动，但相对钢板却是偏左方向，如图2－6乙所示的v的方向，其中tanα＝.滑动摩擦力阻碍两者的相对运动，故工件所受摩擦力f的方向与v的方向相反，要使工件沿导槽匀速运动，工件的受力情况如图2－6丙所示．故F＝f·sinα＝μmgsinα＜μmg，C项正确．乙丙图2－6【答案】Cv2v1体验成功1．如图2－7所示，三块质量相同的木块A、B、C叠放于水平桌面上，水平恒力F作用于木块B上，三木块以共同速度v沿水平桌面匀速移动．下列说法正确的是()图2－7A．B作用于A的静摩擦力为零B．B作用于A的静摩擦力为FC．B作用于C的静摩擦力为FD．B作用于C的静摩擦力为F1323【解析】由假设法可知A、B之间没有相对滑动的趋势，故选项A正确；分析B的受力，由平衡条件可得C对B的静摩擦力水平向左，大小为F，故B对C的静摩擦力大小也为F，故选项D正确．【答案】AD2．如图2－8所示，C是水平地面，A、B是两个长方形物块，F是作用在B物块上沿水平方向的力，物块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有可能是()图2－8A．μ1＝0，μ2＝0B．μ1＝0，μ2≠0C．μ1≠0，μ2＝0D．μ1≠0，μ2≠0【解析】本题中选A、B整体为研究对象，由于受推力的作用做匀速直线运动，可知地面对物块B的摩擦力一定水平向左，故μ2≠0；对A进行受力分析可知，A水平方向不受力，μ1可能为0，也可能不为0．正确答案为B、D．【答案】BD3．如图2－9所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力，即F1、F2和摩擦力作用，木块处于静止状态，其中F1＝10N、F2＝2N．若撤去力F1，则木块在水平方向受到的合力为()图2－9A．10N，方向向左B．6N，方向向右C．2N，方向向左D．零【解析】F1没有撤去时，木块所受合外力为零，此时静摩擦力大小为8N，方向向左．撤去F1以后，木块在F2作用下不可能沿水平方向发生运动状态的改变，木块仍保持静止．此时地面对木块的静摩擦力大小为2N，方向向右．从上述分析可见静摩擦力是被动力．答案应为D．对于滑动摩擦力同样具有被动性．【答案】D4．(2009年黄冈调研)如图2－10所示，在粗糙水平面上有一个三角形木块，在它的两个粗糙斜面上放两个质量分别为m1和m2的小木块，m1m2．已知三角形木块和两个小木块均静止，则粗糙水平面对三角形木块()图2－10A．没有摩擦力作用B．有摩擦力作用，摩擦力方向水平向右C．有摩擦力作用，摩擦力方向水平向左D．有摩擦力作用，但其方向无法确定，因为m1、m2、θ1和θ2的数值并未给出【答案】A5．如图2－11所示，一直角斜槽(两槽面夹角为90°)与水平面的夹角为30°，一个横截面为正方形的物块恰能沿此槽匀速下滑．假定两槽面的材料和表面情况相同，问物块和槽面间的动摩擦因数为多少？图2－11【解析】因为物块对直角斜槽每一面的正压力为mgcosαcos45°，所以当物体匀速下滑时，有平衡方程：mgsinα＝2μmgcosαcos45°＝μmgcosα所以μ＝tanα＝×＝．【答案】21212336666金典·预测演练经典创新展望高考1．如图甲所示，质量为m的物体置于水平地面上，受到一个与水平面方向成α角的拉力F作用，恰好做匀速直线运动．则物体与水平面间的动摩擦因数为()甲A．B．C．D．sinsinFmgFcossinFmgFsincosmgFFcosFmg【解析】由于物体做匀速直线运动，故满足平衡条件，作出物体的受力分析图如图乙所示．乙水平方向的平衡方程为：Fcosα＝f竖直方向的平衡方程为：N＋Fsinα＝mg根据滑动摩擦定律得：f＝μN解得：μ＝．【答案】BcossinFmgF2．(2009年乐山调研)如图所示，质量为m的木块P在质量为M的长木板A上滑行，长木板放在水平地面上，一直处于静止状态．若长木板A与地面间的动摩擦因数为μ1，木块P与长木板A间的动摩擦因数为μ2，则长木板A受到地面的摩擦力大小为()A．μ1MgB．μ1(m＋M)gC．μ2mgD．μ1Mg＋μ2mg【答案】C3．如图所示，重6N的木块静止在倾角为30°的斜面上．若用平行于斜面且沿水平方向、大小等于4N的力F推木块，木块仍保持静止，则木块所受的摩擦力大小为()A．4NB．3NC．5ND．6N【答案】C4．如图所示，位于斜面上的物块m在沿斜面向上的力F作用下处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力：①方向可能沿斜面向上；②方向可能沿斜面向下；③大小可能为零；④大小可能等于F．以上判断正确的是()A．只有①②B．只有③④C．只有①②③D．①②③④都正确【答案】D5．如图所示，质量分别为m和M的两物体P、Q叠放在倾角为θ的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为μ1，Q与斜面间的动摩擦因数为μ2．当它们从静止开始沿斜面下滑时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力