新教材高中物理必修一第三章 2 第1课时 滑动摩擦力和静摩擦力

2摩擦力

第1课时滑动摩擦力和静摩擦力

[学习目标] 1.知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向.2.知道滑动摩擦力的大小跟什么有关，会求滑动摩擦力.3.知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向.4.知道最大静摩擦力的概念，知道静摩擦力的大小范围．

一、滑动摩擦力

1．定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力．

2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反．

3．大小

(1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成正比，还跟接触面的粗糙程度、材质等有关．

(2)公式：F f＝μF压．

(3)动摩擦因数μ：它的值跟两接触面的材料和粗糙程度有关．动摩擦因数μ＝F f

F N，F f在接触

面内且与相对运动方向相反，F N与接触面垂直．

二、静摩擦力

1．定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时，这时的摩擦力叫作静摩擦力．

2．方向：总是沿着接触面，跟物体相对运动趋势的方向相反．

3．最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值F max，在数值上等于物体即将开始运动时的拉力．4．静摩擦力的大小：两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力F max之间，即

0

1．判断下列说法的正误．

(1)有相对运动或有相对运动趋势的物体间一定有摩擦力．(×)

(2)摩擦力的方向一定与接触面所受的压力方向垂直．(√)

(3)摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同．(×)

(4)一个静止的物体也可能受到滑动摩擦力．(√)

(5)物体所受的滑动摩擦力与物体的重力成正比．(×)

2．已知木箱重力为200 N，木箱与水平桌面间的动摩擦因数为0.2，当木箱在水平桌面上以10 m/s的速度运动时，木箱所受桌面的摩擦力大小为______ N；当用20 N水平外力推木箱没有推动时，木箱受到的摩擦力大小为________ N；当在该木箱上放一相同的木箱，两木箱一起以15 m/s的速度运动时，下面木箱所受桌面的摩擦力大小为________ N.

答案402080

一、滑动摩擦力

导学探究1．按如图1所示实验装置做一做：用力拉动木板，使之在桌面上滑动．

图1

(1)木块受到的摩擦力大小和弹簧测力计示数有什么关系？

(2)在木块上添加重物，增大木块对木板的压力时，摩擦力如何变化？

(3)在木板上铺一块较粗糙的毛巾，摩擦力如何变化？

答案(1)相等(2)增大(3)增大

2．如图2，木块放在木板上，用外力把木板向右抽离，在此过程中

图2

(1)木块相对地面向什么方向运动？相对于木板向什么方向运动？木块受到的摩擦力方向如何？

(2)滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？

答案(1)木块相对地面向右运动，相对木板向左运动，木块受到的滑动摩擦力方向向右，与木块运动方向相同．

(2)滑动摩擦力一定阻碍物体的相对运动，但与物体的运动方向可能相同，也可能相反，即滑动摩擦力可能是动力，也可能是阻力．

知识深化

1．滑动摩擦力产生的条件

(1)两物体相互接触挤压(即有弹力)．

(2)物体间的接触面不光滑．

(3)两物体间存在相对运动．

2．滑动摩擦力的方向

(1)在接触面上，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反．

(2)与物体的运动方向可能相同，也可能相反．

3．滑动摩擦力的大小

(1)公式法：根据公式F f＝μF N计算．

①正压力F N是物体与接触面间的压力，不一定等于物体的重力，F N的大小根据物体的受力

情况确定．

②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关，而与物体间的压力、接触面的大小无关．

(2)二力平衡法：物体处于平衡状态(匀速运动或静止)时，根据二力平衡条件求解．

命题角度1滑动摩擦力方向及影响因素

有关滑动摩擦力，下列说法中正确的是() A．滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反

B．滑动摩擦力的方向一定与两物体间相对运动的方向相反

C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大

D．接触面间接触面积越大，滑动摩擦力也一定越大

答案 B

解析滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，滑动摩擦力的方向一定与物体相对运动的方向相反，但不一定与物体运动方向相反，故A错误，B正确；滑动摩擦力的大小F f＝μF N，与物体在支持面上的滑动速度无关，与接触面积也无关，故C、D错误．

命题角度2滑动摩擦力的计算

质量为3 kg的木块放在水平地板上，用F＝6 N且水平向右的拉力拉该木块时，木块恰能做匀速直线运动．(g取10 N/kg)求：

(1)木块与地板间的动摩擦因数；

(2)若在木块运动过程中撤去拉力，在木块继续向前滑行的过程中，木块受到的摩擦力是多大？

(3)若F的大小变为10 N，则木块受到的摩擦力是多大？

(4)若在木块运动过程中将F的方向改为水平向左，则在木块向右运动过程中，受到的摩擦力是多大？方向如何？

(5)若F的大小不变而将方向改为竖直向上作用于该木块上，则此时应加一个多大的水平拉力，才能使该木块保持匀速直线运动状态．

答案(1)0.2(2)6 N(3)6 N(4)6 N方向水平向左(5)4.8 N

解析(1)木块做匀速直线运动，则滑动摩擦力F f1＝F＝6 N，

而F f1＝μF N＝μmg，

故μ＝F f1mg ＝63×10

＝0.2. (2)F f2＝μF N ＝F f1＝6 N.

(3)F f3＝μF N ＝F f1＝6 N.

(4)F f4＝μF N ＝F f1＝6 N ，方向水平向左．

(5)此时木块和地板间的压力F N ′＝mg －F ＝24 N ，F f5＝μF N ′＝4.8 N ．则此时要保持木块匀速运动，需满足拉力F ′＝F f5＝4.8 N.

二、静摩擦力

导学探究

把木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图3所示．

图3

当测力计的示数为1 N时，木块没有动；逐渐增大拉力到2 N 时，木块仍静止；继续增大拉力到4 N时，木块开始运动，此时拉力突然变小到3.8 N，此后木块匀速运动，拉力保持3.8 N 不变．

(1)木块受到的拉力为1 N时，有相对桌面运动的趋势但没有运动，说明什么呢？

(2)随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？当变为滑动摩擦力时，摩擦力为什么又变小了？答案(1)说明桌面对木块施加了一个与拉力方向相反、大小也为1 N的力，这个力就是桌面对木块的静摩擦力．

(2)静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值．这个最大值比滑动摩擦力稍微大一些．

知识深化

1．静摩擦力的产生条件

(1)两物体直接接触且相互挤压(即有弹力)．

(2)接触面粗糙．

(3)两物体间有相对运动的趋势．

2．静摩擦力的方向

(1)在接触面上与接触面相切，且与物体相对运动趋势的方向相反．

(2)当物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，与使物体产生运动趋势的外力方向相反．3．静摩擦力的大小

(1)范围：0＜F≤F max.

(2)计算：物体做匀速直线运动或静止时，根据二力平衡条件求解．

(3)静摩擦力大小与正压力无关．

4．说明

(1)静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，与运动方向可能相同，也可能相反．

(2)静摩擦力发生在相对静止的两物体之间，受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，运动的物体也可能受静摩擦力作用．

关于静摩擦力，下列说法中正确的是() A．受静摩擦力作用的物体一定是静止的

B．静摩擦力总是阻力

C．静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反

D．两个物体之间的静摩擦力总是一个定值

答案 C

解析静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间，但物体可以是运动的，所以A错误；静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势，方向与物体间相对运动趋势的方向相反，但可能与运动方向相同，所以B错误，C正确；两物体间静摩擦力的大小由平行于接触面的力决定，因此D错误．

(多选)如图4所示，用水平力F把一铁块紧压在竖直墙壁上保持静止，当F增大时()

图4

A．墙对铁块的弹力增大

B．墙对铁块的摩擦力增大

C．墙对铁块的摩擦力不变

D．墙对铁块的摩擦力减小

答案AC

解析铁块相对墙壁静止，铁块与墙壁之间存在弹力，墙壁对铁块的弹力与水平力F是一对平衡力，墙对铁块的弹力随水平力F的增大而增大，选项A正确；铁块相对墙壁静止，但有下滑趋势，所以铁块受向上的静摩擦力作用，且静摩擦力与重力平衡，所以摩擦力大小不变，选项C正确，B、D错误．

三、摩擦力的综合分析与计算

如图5所示，质量为20 kg的物体静止在水平

地面上，已知物体与水平地面间的最大静摩擦力为120 N，动摩擦因数是0.5，物体的一端与一根劲度系数为4×103 N/m的水平轻质弹簧相连(设弹簧的形变始终在弹性限度内，取g＝10 m/s2)，问：

图5

(1)将弹簧拉长2 cm时，地面对物体的摩擦力F f1多大？

(2)将弹簧拉长4 cm时，地面对物体的摩擦力F f2多大？

(3)物体在水平地面上匀速直线运动时，弹簧形变量x多大？

答案(1)80 N(2)100 N(3)0.025 m

解析(1)根据胡克定律F＝kx，当x1＝2 cm＝0.02 m时，

F1＝4×103×0.02 N＝80 N

由于拉力F1小于最大静摩擦力，物体具有向右的运动趋势，此时地面对物体的静摩擦力大小为F f1＝80 N.

(2)当x2＝4 cm＝0.04 m时，

F2＝4×103×0.04 N＝160 N，大于最大静摩擦力，物体已经运动，这时摩擦力为滑动摩擦力，大小为F f2＝μF N＝μmg＝0.5×20×10 N＝100 N.

(3)当物体在水平地面上匀速运动时，物体受滑动摩擦力，滑动摩擦力和弹簧拉力为一对平衡力，即弹簧拉力F＝μmg＝100 N，由F＝kx，解得x＝100

m＝0.025 m.

4×103

计算摩擦力的思路

1．根据拉力F和最大静摩擦力的大小关系判断物体受静摩擦力还是滑动摩擦力．

2．静摩擦力可用二力平衡求解，滑动摩擦力可用公式F f＝μF N求解．

1．(对滑动摩擦力的理解)关于滑动摩擦力，下列说法正确的是()

A．滑动摩擦力与物体的重力成正比

B．受滑动摩擦力作用的物体一定是运动的

C．滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反

D．滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动

答案 D

解析滑动摩擦力与物体间的正压力成正比，选项A错误；受滑动摩擦力作用的物体可能是运动的，也可能是静止的，如木块在桌面上滑动，静止的桌面也受到滑动摩擦力，选项B错误；滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反，阻碍物体间的相对运动，但是与物体运动的方向可能相反也可能相同，选项C错误，D正确．

2.(对静摩擦力的理解)(多选)如图6所示，人握住旗杆匀速上爬，则下列说法正确的是()

图6

A．人受到的摩擦力的方向是向下的

B．人受到的摩擦力的方向是向上的

C．手握旗杆的力越大，人受到的摩擦力越大

D．若人匀速滑下，则人受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小等于匀速上爬的摩擦力

答案BD

解析人匀速上爬，受力平衡，则人所受摩擦力与重力大小相等、方向相反．手握旗杆的力增加，但人所受摩擦力不变，选项B正确，选项A、C错误；当匀速滑下时，人受到的摩擦力为滑动摩擦力，且仍与重力平衡，选项D正确．

3．(摩擦力的计算)如图7所示，在μ＝0.1的水平面上有一个向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个方向水平向左的大小为10 N的拉力的作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 N/kg)()

图7

A．10 N，向右B．10 N，向左

C．20 N，向右D．20 N，向左

答案 D

解析F f＝μF N＝μmg＝20 N，方向与相对运动方向相反，故选项D正确．

4．(摩擦力的计算)某物体所受重力为200 N，放置在水平地面上，地面对它的最大静摩擦力为80 N，它与地面间的动摩擦因数为0.39.

(1)用60 N的水平推力推物体，求此时地面对物体的摩擦力的大小；

(2)物体运动起来后，若使其保持匀速直线运动，求在水平方向施加的推力的大小；

(3)物体在水平推力作用下做匀速直线运动的过程中，若撤去水平推力，直到停止前，求地面对物体的摩擦力的大小．

答案(1)60 N(2)78 N(3)78 N

解析(1)地面对物体的最大静摩擦力为F max＝80 N．用F1＝60 N的水平推力推物体，推力小于地面对物体的最大静摩擦力，物体仍保持静止，根据平衡条件得地面对物体的摩擦力大小是F f＝F1＝60 N.

(2)物体运动起来后，若使其保持匀速直线运动，则水平推力与滑动摩擦力平衡，则有水平推力F2＝F f′＝μF N＝μG＝78 N.

(3)若撤去水平推力，直到停止前，地面对物体的摩擦力仍为滑动摩擦力，大小为78 N.

考点一对摩擦力的理解

1．(2019·北京师范大学附属中学高一上期末)下列关于摩擦力的说法中正确的是() A．摩擦力大小总跟接触面上的压力大小成正比

B．摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反

C．滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小成正比

D．两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直

答案 D

解析滑动摩擦力大小总跟接触面上正压力大小成正比，选项A错误；摩擦力的方向一定与物体的相对运动方向相反，选项B错误；滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小无关，选项C错误；根据摩擦力产生的条件可知，两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直，选项D正确．

2．关于滑动摩擦力，下列说法正确的是()

A．正压力越大，滑动摩擦力越大

B．正压力不变，动摩擦因数不变，接触面积越大，滑动摩擦力越大

C．正压力不变，动摩擦因数不变，速度越大，滑动摩擦力越大

D．动摩擦因数不变，正压力越大，滑动摩擦力越大

答案 D

解析由滑动摩擦力公式F f＝μF N知，两物体间滑动摩擦力的大小只与动摩擦因数μ及正压力F N有关，与接触面积及两物体间的相对运动速度无关．

3．关于μ＝F f

F N，下列说法中正确的是()

A．动摩擦因数μ与滑动摩擦力F f成正比，F f越大，μ越大

B．动摩擦因数μ与正压力F N成反比，F N越大，μ越小

C．相同的条件下，接触面积越大，动摩擦因数越大

D．动摩擦因数μ的大小由两物体接触面的粗糙程度及材料决定

答案 D

解析动摩擦因数由两物体接触面的粗糙程度及材料决定，与正压力、接触面积及滑动摩擦力无关，选项A、B、C错误，D正确．

考点二摩擦力的大小

4．一物体置于粗糙水平地面上，按图1所示不同的放法，在水平力F的作用下运动，设地面与物体各接触面间的动摩擦因数相等，则物体受到的摩擦力的大小关系是()

图1

A．F甲＞F乙＞F丙

B．F乙＞F甲＞F丙

C．F丙＞F乙＞F甲

D．F甲＝F乙＝F丙

答案 D

解析滑动摩擦力F f＝μF N，滑动摩擦力与接触面间的动摩擦因数以及正压力有关，三种情况下μ相同，F N也相等，故三种情况下的滑动摩擦力大小相等．

5．如图2甲所示，某同学用水平绳拉放在平台上的行李包，一直没有拉动，通过手上的弹簧测力计测出拉力F与时间t的关系如图乙所示，则行李包与地面的摩擦力的大小与时间t的关系图像正确的是()

图2

答案 A

解析该同学没有拉动行李包，说明行李包与平台间的摩擦力是静摩擦力，此时静摩擦力与拉力大小相等，故A正确．

6.(2019·上杭一中期中)一块质量为1 kg、长为0.4 m的匀质长木板放在固定的水平桌面上，已知木板与桌面间的动摩擦因数为μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2，当用水平力F＝3 N推木板，使它经过如图3所示的位置时，桌面对木板的摩擦力为()

图3

A．3 N B．2 N

C．1.5 N D．0.5 N

答案 B

解析因为木板被推动，所以木板受的摩擦力为滑动摩擦力，木板对桌面的压力F N＝mg＝10 N，所以桌面对木板的滑动摩擦力为F f＝μF N＝2 N，B正确．

7．图4甲中小明用60 N的水平力推木箱，此时木箱受到的摩擦力为F1；乙图中小明用100 N 的水平力恰好能推动木箱，此时木箱受到的摩擦力为F2；丙图中小明把木箱推动了，此时木箱受到的摩擦力为F3.已知木箱对地面的压力为300 N，木箱与地面间动摩擦因数为0.3，则F1、F2、F3的大小分别为()