4. 摩擦力优质课一等奖教案

摩擦力教学设计

[学习目标]

1.知道摩擦力的定义及分类. 2.理解滑动摩擦力和静摩擦力的产生条件. 3.会判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、滑动摩擦力

1．摩擦力

两个相互接触并发生挤压的物体之间产生的阻碍相对运动的力．

2．滑动摩擦力

两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对运动时，每个物体的接触面上都会受到对方作用的阻碍相对运动的力．

3．滑动摩擦力的大小

(1)规律：滑动摩擦力的大小与正压力成正比．

(2)公式：f＝μN，其中μ叫做动摩擦因数，它是两个力的比值，没有单位．它的大小跟相互接触的两个物体的材料和接触面的情况有关(填“有关”或“无关”)．

4．滑动摩擦力的方向

总是跟物体的接触面相切，并且跟它们相对运动的方向相反．

二、静摩擦力

1．定义

当两个彼此接触且相互挤压的物体之间没有发生相对滑动，但它们之间存在相对运动的趋势时，在它们的接触面上产生的一种阻碍物体间发生相对运动的力．

2．方向

总是与接触面相切并且与物体间相对运动趋势的方向相反．

3．大小

范围在0与f静max之间，f静max为最大静摩擦力，f由物体的运动状态及外界对它的施力情况决定．

[即学即用]

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)一个静止的物体也可能受到滑动摩擦力．(√) (3)摩擦力的方向一定与接触面上的压力方向垂直．(√)

(4)摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同．(×) (5)物体所受的滑动摩擦力与物体的重力成正比．(×) (6)在压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度．(√) 2．已知木箱重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；当木箱以15 m/s的速度运动时，木箱所受摩擦力大小为________ N；当在该木箱上放一相同的木箱，两箱一起以10 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

40

40

80

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？

(2)如图2所示，B的速度v2大于A的速度v1，画出A、B所受滑动摩擦力的方向．

滑动摩擦力总是阻碍物体的运动吗？

图2 答案

(1)①相等

②增大

③增大

(2)如图所示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阻力，也可能是动力．

[知识深化]

滑动摩擦力

1．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．

2．方向

与相对运动方向相反，与物体的运动方向无直接关系，与物体的运动方向可能相同，也可能相反．

3．大小

由公式f＝μN计算(也可以由二力平衡来求解) (1)N是两个相接触的物体间的压力，它不一定等于重力．

(2)动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与N无关．

(3)滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关．

例1

下列有关滑动摩擦力的说法中，正确的是(

) A．有压力一定有滑动摩擦力

B．有滑动摩擦力一定有压力

C．滑动摩擦力方向一定与物体的运动方向相反

D．只有运动物体才受滑动摩擦力

答案

B 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，缺一不可．由产生条件可知，A错误，B正确．滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相反，C错误．滑动摩擦力发生于相对滑动的两物体之间，两个物体中可能有一个相对地面是静止的，故D错误．

例2

装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出，如图3所示，则在匀速拖出的过程中(

)

图3 A．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，摩擦力逐渐减小

B．材料与平台之间的接触面积逐渐减小，拉力逐渐减小

C．平台对材料的支持力逐渐减小，摩擦力逐渐减小

D．材料与平台之间的动摩擦因数不变，支持力也不变，因而工人拉力也不变

答案

D 解析

匀速拉动的过程只能持续到重心离开台面的瞬间，材料的重心在台面上，故材料对台面的压力不变，故材料受到的支持力不变，故C错误；而在拉动过程中动摩擦因数不变，由f＝μN可知摩擦力是不变的，故A错误；因为材料做匀速直线运动，摩擦力不变，所以

工人的拉力是不变的，故B错误，D正确．

二、静摩擦力

[导学探究]

(1)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4所示．

图4 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，木块开始移动，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？

(2)如图5所示，物体随倾斜传送带斜向上匀速运动．

图5 ①判断物体所受静摩擦力的方向．

②只有静止的物体才受静摩擦力吗？

③静摩擦力一定是阻力吗？

答案

(1)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．

(2)①静摩擦力方向沿传送带向上．

②不是．运动的物体也会受静摩擦力．

③不是．静摩擦力可能是阻力，也可能是动力．

[知识深化]

静摩擦力

1．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趋势．

2．方向

与相对运动趋势方向相反，与物体运动方向无直接关系，既可与运动方向相同，也可与运动方向相反或成某一夹角．

3．大小

(1)范围：0＜f≤f静max.

(2)计算：物体处于匀速或静止时，根据二力平衡条件求解．

(3)静摩擦力大小与压力无关，最大静摩擦力的大小与压力成正比．

例3

(多选)如图6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(

)

图6 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．若木块静止，当F增大时，最大静摩擦力随之增大

D．若开始时木块静止，当撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块不受摩擦力作用

答案

ACD 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；最大静摩擦力与正压力成正比，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．

三、摩擦力大小的计算

例4

如图7所示，一重为40 N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13 N，F2＝6 N．已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：

图7 (1)木块所受的摩擦力的大小和方向；

(2)当只将F1撤去时，木块受到的摩擦力的大小和方向；

(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木块受到的摩擦力的大小和方向．

答案

(1)7 N

水平向左

(2)6 N

水平向右

(3)8 N

水平向左

解析

当木块运动时受到的滑动摩擦力为f＝μN＝μG＝0．2×40 N＝8 N，故木块受到桌面的最大静摩擦力为8 N. (1)加上F1、F2后，F1和F2相当于一个方向向右的力F＝F1－F2＝7 N．由于F小于最大静摩擦力，故木块处于静止状态，则木块受到桌面静摩擦力的作用，大小为7 N，方向水平向左．

(2)将F1撤去后，由于F2小于最大静摩擦力，故木块仍然保持静止．由二力平衡知识知，木块受到的静摩擦力大小等于F2，即大小为6 N，方向水平向右．

(3)撤去F2后，由于F1大于最大静摩擦力，则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小为8 N，方向水平向左．

求解物体受到的摩擦力大小时，要先判断物体受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才能用f＝μN来计算.

1.(对静摩擦力的理解)关于静摩擦力与弹力的关系，下列说法正确的是(

) A．有弹力一定有静摩擦力

B．有静摩擦力一定有弹力

C．弹力越大，静摩擦力越大

D．静摩擦力越大，弹力一定越大

答案

B 解析

静摩擦力的产生条件之一是接触面间有弹力，但还需另两个条件同时具备，即接触面粗糙和物体间存在相对运动趋势，才会有静摩擦力，所以说，有静摩擦力一定有弹力，但有弹力不一定有静摩擦力，A错、B对．静摩擦力大小与弹力大小无关，C、D错．

2．(对摩擦力的理解)(多选)如图8所示，为倾斜的皮带传送装置．关于传送带上的物体所受的摩擦力，下列说法正确的是(

)

图8 A．若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力

B．若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向下的静摩擦力

C．若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力

D．若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的滑动摩擦力

答案

AC

解析

物体静止在静止的传送带上时，或物体随传送带一起向上匀速运动的过程中，都具有沿传送带下滑的趋势，所以物体均受到沿传送带向上的静摩擦力作用．

3．(静摩擦力大小及计算)(多选)如图9所示，有一重力不计的方形容器，被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态，现缓慢地向容器内注水，直到将容器刚好盛满为止，在此过程中容器始终保持静止，则下列说法中正确的是(

)

图9 A．容器受到的摩擦力不变

B．容器受到的摩擦力逐渐增大

C．水平力F可能不变

D．水平力F必须逐渐增大

答案

BC 解析

容器处于平衡状态，在竖直方向上重力与摩擦力平衡，盛满水前墙面对容器的静摩擦力一直增大，如果一直没有达到正压力F作用下的最大静摩擦力，则水平力F可能不变，选项B、C正确．

4．(摩擦力的大小计算)质量为2 kg的物体静止在水平地面上，如图10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10 (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？

答案

(1)5 N

(2)10 N

(3)10 N 解析

在地面上，N＝mg，则滑动摩擦力(即最大静摩擦力f静max)大小为f静max＝μN＝μmg＝0.5×2×10 N＝10 N. (1)当推力F＝5 N时，Ff静max，物体滑动．则地面对物体的滑动摩擦力的大小f滑＝μN＝μmg＝10 N. (3)物体运动过程中突然把推力去掉，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力，其大小为f滑′＝

10 N. 课时作业

一、选择题(1～10为单选题) 1．关于静摩擦力，下列说法中正确的是(

) A．两个表面粗糙的物体，只要直接接触就会产生静摩擦力

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

由于静摩擦力产生在彼此直接接触且相互挤压、接触面粗糙又有相对运动趋势的物体之间，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，也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随物体所受外力的变化而变化，因此D错误．

2．关于滑动摩擦力，下列说法正确的是(

) A．压力越大，滑动摩擦力越大

B．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．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，压力越大，滑动摩擦力越大

答案

D 解析

由滑动摩擦力计算式f＝μN知，两物体间滑动摩擦力的大小只与动摩擦因数μ及压力N有关，与接触面积及两物体间的相对运动速度无关．

f3．关于由滑动摩擦力公式推出的μ＝，下列说法中正确的是(

) NA．动摩擦因数μ与摩擦力f成正比，f越大，μ越大

B．动摩擦因数μ与正压力N成反比，N越大，μ越小

C．动摩擦因数μ与摩擦力f成正比，与正压力N成反比

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

动摩擦因数取决于相互接触的两个物体，由两物体接触面的粗糙程度及材料决定，与接触面的面积大小无关，与正压力及摩擦力无关，选项A、B、C错误，D正确．

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

C．f丙＞f乙＞f甲

答案

D 解析

滑动摩擦力f＝μN，滑动摩擦力与接触面的动摩擦因数和弹力有关，三种情况下μ相同，N也相等，故三种情况下的滑动摩擦力相等．

5．如图2所示，质量为m的木块放在粗糙的水平地面上，木块与地面间的动摩擦因数为0.5，水平推力F作用于木块上，但未把木块推动，则在选项图中反映木块受到的静摩擦力f随水平推力F变化的关系图线是(

)

图2 B．f乙＞f甲＞f丙

D．f甲＝f乙＝f丙

答案

A 解析

推而未动，故摩擦力f＝F，所以A正确．

6．一只盒子在粗糙桌面上减速滑行，此过程中盒子(

) A．受到静摩擦力，大小保持不变

B．受到静摩擦力，大小不断减小

C．受到滑动摩擦力，大小保持不变

D．受到滑动摩擦力，大小不断减小

答案

C 解析

由f＝μN知，滑动摩擦力与速度无关．

7．水平桌面上一重为200 N的物体，与桌面间的动摩擦因数为0.2，当依次用15 N、30 N、80 N的水平力拉此物体时，物体受到的摩擦力依次为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(

) A．15 N、30 N、40 N

C．0、0、40 N

答案

A 解析

因最大静摩擦力等于滑动摩擦力，故最大静摩擦力f静max＝μmg＝0.2×200 N＝40 N；B．15 N、30 N、80 N D．40 N、40 N、40 N

当拉力为15 N和30 N时，物体处于静止状态，摩擦力分别等于15 N、30 N；当拉力为80 N时，拉力大于最大静摩擦力，物体发生滑动，受到的是滑动摩擦力，f＝μmg＝0.2×200 N＝40 N，选项A正确．

8．如图3甲所示，小孩用50 N的水平力推木箱不动，木箱此时受到的摩擦力大小为f1；如图乙所示，小孩用60 N的水平力恰能推动木箱，此时木箱与地面间的摩擦力大小为f2；如图丙所示，小孩把木箱推动了，此时木箱与地面间摩擦力大小为f3.若木箱对地面的压力大小为100 N，木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝0.55，则f1、f2、f3的大小分别为(

)

图3 A．0 N、60 N、55 N

C．50 N、55 N、60 N

答案

B 解析

题图甲中，推木箱不动，静摩擦力与推力平衡，故f1＝50 N；题图乙中，用60 N的水平力恰能推动木箱，故静摩擦力达到最大值，即f2＝60 N；题图丙中，小孩把木箱推动了，受滑动摩擦力，大小为f3＝μN＝0.55×100 N＝55 N．选项B正确．

9.如图4所示，用大小为100 N的握力握住一个重为40 N的瓶子．瓶子竖直，始终处于静止状态．已知手掌与瓶子间的动摩擦因数μ＝0.5，则(

) B．50 N、60 N、55 N D．50 N、55 N、55 N

图4 A．瓶子受到的摩擦力大小为40 N B．瓶子受到的摩擦力大小为50 N C．当握力进一步增大时，瓶子受到的摩擦力将成正比增大

D．当握力持续减小时，瓶子受到的摩擦力大小将持续减小

答案

A 解析

瓶子重力为40 N，处于静止状态，则瓶子受到的摩擦力大小等于重力，为40 N．故A正确，B错误；当握力再增大时，瓶子受到的重力不变，也就是摩擦力不变．故C错误；当握力逐渐减小时，导致瓶子的最大静摩擦力减小，但只要物体仍处于静止，则摩擦力大小不变．故D错误．

10．如图5所示，物体在F＝100 N、方向水平向左的拉力作用下，沿水平面向右运动．已

知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，物体质量m＝5 kg，可知物体所受摩擦力为(g＝10 m/s2)(

)

图5 A．10 N，水平向左

C．20 N，水平向左

答案

A 解析

物体相对地面运动，故物体受到的是滑动摩擦力，则摩擦力的大小为f＝μN＝μmg＝0.2×5×10 N＝10 N；滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，故摩擦力方向水平向左，故A正确．

二、非选择题

11．如图6甲所示，用一拉力传感器(能感应力大小的装置)水平向右拉一水平面上的木块，A端的拉力均匀增加，0～t1时间木块静止；木块运动后改变拉力大小，使木块在t2时刻后处于匀速直线运动状态．计算机对数据拟合处理后，得到如图乙所示的拉力随时间变化的图线．则：当用F＝5.3 N的水平拉力拉静止的木块时，木块所受摩擦力大小为________N；若用F＝5.8 N的水平拉力拉木块，木块所受摩擦力大小为________N. B．10 N，水平向右

D．20 N，水平向右

图6 答案

5.3

5.1 解析

当用F＝5.3 N的水平拉力拉静止的木块时，木块所受静摩擦力大小等于拉力大小，即为5.3 N；若用F＝5.8 N的水平拉力拉木块，木块所受滑动摩擦力大小为5.1 N. 12．重为100 N、长为L＝2 m的均匀木棒放在水平桌面上，如图7甲所示，至少要用35 N的水平推力，才能使它从原地开始运动．木棒从原地移动以后，用30 N的水平推力，就可以使木棒继续做匀速运动．求：

图7 (1)木棒与桌面间的最大静摩擦力f静max；

(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ；

(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时，如图乙所示，水平推力的大小F；

(4)当撤去推力后，木棒减速向右运动(露出桌面的长度小于1 m)的过程中，受到的摩擦力大小．

答案

(1)35 N

(2)0.3

(3)30 N

(4)30 N 解析

(1)木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力，所以f静max＝F1＝35 N. (2)推力F2与滑动摩擦力相等时，木棒做匀速运动，所以F2＝μmg，μ＝F230 N＝＝0.3. mg100 N(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时，水平推力等于此时的滑动摩擦力，而滑动摩擦力与接触面的面积大小无关，则滑动摩擦力f＝μN＝μmg不变，所以F＝30 N. (4)滑动摩擦力的大小与速度无关，大小仍为30 N.