新教材2023年秋高中物理第3章相互作用-力素養(yǎng)提升課3摩擦力的綜合分析教師用書(shū)含答案新人教版必修第一冊(cè)

素養(yǎng)提升課(三)摩擦力的綜合分析學(xué)習(xí)任務(wù)1．進(jìn)一步理解摩擦力，掌握滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的區(qū)別。2．知道摩擦力可以發(fā)生突變，并能解決摩擦力的突變問(wèn)題。摩擦力的理解與分析1．靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力對(duì)比名稱靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力定義兩個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力兩個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力產(chǎn)生條件(1)接觸面粗糙(2)接觸處有壓力(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(1)接觸面粗糙(2)接觸處有壓力(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)大小(1)靜摩擦力為被動(dòng)力，與正壓力無(wú)關(guān)，滿足0<Ff≤Ffm(2)最大靜摩擦力Ffm大小與正壓力大小有關(guān)Ff＝μFN方向與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)2．分析計(jì)算摩擦力時(shí)的四點(diǎn)注意(1)首先分清摩擦力的性質(zhì)，因?yàn)橐话阒挥谢瑒?dòng)摩擦力才能利用公式F＝μFN計(jì)算，靜摩擦力通常只能根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)求解。(2)公式F＝μFN中，F(xiàn)N為兩接觸面間的壓力，與物體的重力沒(méi)有必然關(guān)系，不一定等于物體的重力。(3)滑動(dòng)摩擦力的大小與物體速度的大小無(wú)關(guān)，與接觸面面積的大小也無(wú)關(guān)。(4)摩擦力的方向與物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，但與物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向可能相同、可能相反，也可能不共線。角度1兩類摩擦力的理解【典例1】(2022·甘肅蘭州高一期末)關(guān)于摩擦力，下列說(shuō)法正確的是()A．物體受到靜摩擦力作用時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài)B．只有運(yùn)動(dòng)的物體才有可能受滑動(dòng)摩擦力作用C．具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體間一定存在摩擦力作用D．摩擦力的方向可能與物體運(yùn)動(dòng)方向相同D[運(yùn)動(dòng)的物體也可能受靜摩擦力，比如在水平路面上，汽車啟動(dòng)時(shí)，車廂地板上的物體會(huì)受到靜摩擦力作用，A錯(cuò)誤；靜止的物體也可以受到滑動(dòng)摩擦力，如物體在地面上滑動(dòng)時(shí)，地面雖靜止，地面仍受到滑動(dòng)摩擦力，B錯(cuò)誤；如果發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體接觸面光滑，也沒(méi)有摩擦力，C錯(cuò)誤；摩擦力的方向可能與運(yùn)動(dòng)方向相同，如放在傳送帶上的物體，其在摩擦力的作用下運(yùn)動(dòng)，則受到的摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相同，D正確。]角度2摩擦力的計(jì)算【典例2】(2022·浙江金華高一期末)如圖所示，重為800N的沙發(fā)放在水平地面上，體重600N的小王至少要用96N的水平力推沙發(fā)，才能使沙發(fā)從原地開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。沙發(fā)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)以后，小王用80N的水平力推沙發(fā)，就可以使沙發(fā)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。以下說(shuō)法正確的是()A．沙發(fā)與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.12B．若用90N的水平力推這個(gè)靜止的沙發(fā)，則此時(shí)沙發(fā)所受的摩擦力大小為80NC．若用96N的水平力推這個(gè)已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)的沙發(fā)，則此時(shí)沙發(fā)所受的摩擦力大小為96ND．小王盤(pán)腿坐在沙發(fā)上，小李用140N的水平力推已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)的沙發(fā)，可使小王和沙發(fā)保持勻速運(yùn)動(dòng)D[由題意知用80N的水平力推沙發(fā)，就可以使沙發(fā)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件得T＝μmg，解得沙發(fā)與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝80800＝0.1，故A錯(cuò)誤；由題意知至少要用96N的水平力推沙發(fā)，才能使沙發(fā)從原地開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，即沙發(fā)與地面間的最大靜摩擦為96N，所以若用90N的水平力推這個(gè)靜止的沙發(fā)，則此時(shí)沙發(fā)不動(dòng)，所受的摩擦力大小與推力相等，即為90N，故B錯(cuò)誤；若用96N的水平力推這個(gè)已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)的沙發(fā)，則此時(shí)沙發(fā)所受的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小仍為80N，故C錯(cuò)誤；小王盤(pán)腿坐在沙發(fā)上，想使小王和沙發(fā)保持勻速運(yùn)動(dòng)，則小李需要的水平力為F＝μ(M＋m)g＝140N，故D正確。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(2022·北京市順義區(qū)第九中學(xué)高一期中)在中學(xué)秋季田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)上，李好同學(xué)奮力拼搏，勇奪男子100m冠軍，如圖為該同學(xué)奔跑途中的兩個(gè)瞬間，用Ff1、Ff2分別表示該同學(xué)在圖甲、乙兩瞬間所受到的摩擦力，則關(guān)于Ff1、Ff2的方向，以下說(shuō)法正確的是()A．Ff1向后，F(xiàn)f2向后 B．Ff1向前，F(xiàn)f2向前C．Ff1向前，F(xiàn)f2向后 D．Ff1向后，F(xiàn)f2向前C[當(dāng)該同學(xué)奔跑途中，后腳用力向后蹬，人才向前運(yùn)動(dòng)，正是由于地面給后腳有個(gè)向前的靜摩擦力，使運(yùn)動(dòng)員能向前運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)前腳向前跨時(shí)，正是由于地面給前腳有個(gè)向后的靜摩擦力，否則運(yùn)動(dòng)員會(huì)向前滑動(dòng)。所以前腳受到地面的向后的靜摩擦力。]2．(2022·安徽馬鞍山高一期末)如圖所示，質(zhì)量為m的物塊和質(zhì)量為M的木板疊放在水平地面上，物塊在拉力F作用下在木板上向右滑行，木板始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，物塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2，那么下列說(shuō)法正確的是()A．物塊受到的摩擦力大小一定為FB．物塊對(duì)木板的摩擦力方向水平向左C．地面對(duì)木板的摩擦力是水平向左的靜摩擦力D．地面對(duì)木板的摩擦力大小一定是μ2(M＋m)gC[物塊在拉力F作用下在木板上向右滑行，木板始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，物塊運(yùn)動(dòng)的情況不清楚，當(dāng)物塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)物塊受到的摩擦力大小為F，A錯(cuò)誤；物塊相對(duì)木板向右運(yùn)動(dòng)，則木板相對(duì)物塊向左運(yùn)動(dòng)，木板受到物塊的滑動(dòng)摩擦力方向水平向右，B錯(cuò)誤；木板受到物塊的滑動(dòng)摩擦力方向水平向右，木板始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則地面對(duì)木板的摩擦力是水平向左的靜摩擦力，C正確；木板受到物塊的滑動(dòng)摩擦力為μ1mg，木板始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則地面對(duì)木板的摩擦力大小一定是μ1mg，D錯(cuò)誤。]摩擦力的突變問(wèn)題摩擦力的突變問(wèn)題，無(wú)論怎樣變化，其本質(zhì)就是靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力大小或方向的變化分析問(wèn)題，以下是摩擦力突變的常見(jiàn)情況：分類說(shuō)明案例圖示靜—靜“突變”物體在摩擦力和其他力作用下處于平衡狀態(tài)，當(dāng)作用在物體上的其他力發(fā)生突變時(shí)，如果物體仍能保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力的大小或方向?qū)?huì)發(fā)生“突變”在水平力F作用下物體靜止于斜面，F(xiàn)突然增大時(shí)物體仍靜止，則所受靜摩擦力大小或方向?qū)ⅰ巴蛔儭膘o—?jiǎng)印巴蛔儭蔽矬w在摩擦力和其他力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)其他力變化時(shí)，如果物體不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”為滑動(dòng)摩擦力放在粗糙水平面上的物體，水平作用力F從零逐漸增大，物體開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，物體受到地面的摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動(dòng)摩擦力動(dòng)—靜“突變”物體在摩擦力和其他力作用下做減速運(yùn)動(dòng)，突然停止滑行時(shí)，物體將不受摩擦力作用，或受到的滑動(dòng)摩擦力“突變”為靜摩擦力滑塊以速度v0沖上斜面做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某位置靜止時(shí)，滑動(dòng)摩擦力“突變”為靜摩擦力動(dòng)—?jiǎng)印巴蛔儭蹦澄矬w相對(duì)于另一物體滑動(dòng)的過(guò)程中，若突然相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向變了，則滑動(dòng)摩擦力方向發(fā)生“突變”水平傳送帶的速度v1大于滑塊的速度v2，滑塊受到的滑動(dòng)摩擦力方向向右，當(dāng)傳送帶突然被卡住停止傳動(dòng)時(shí)滑塊受到的滑動(dòng)摩擦力方向“突變”為向左【典例3】(2022·浙江湖州高一期末)小張同學(xué)利用如圖甲所示的裝置研究物塊受到的摩擦力情況。質(zhì)量為4kg的物塊放置在粗糙的長(zhǎng)木板上，通過(guò)輕繩與固定在水平實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上的力傳感器連接。現(xiàn)用水平向左的力F將長(zhǎng)木板從物塊下面拉出，傳感器記錄的FT-t圖像如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是()A．2.5～3.5s內(nèi)物塊受到的是滑動(dòng)摩擦力B．長(zhǎng)木板受到的摩擦力總是水平向右C．物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)約為0.25D．向左拉長(zhǎng)木板的F-t圖線和圖乙的圖線相同B[2.5～3.5s內(nèi)物塊受到的FT一直在變化，根據(jù)平衡調(diào)節(jié)，故摩擦力也在變化，正壓力和接觸面不變，說(shuō)明這段時(shí)間物塊受到的是靜摩擦力，A錯(cuò)誤；根據(jù)平衡條件物塊受到長(zhǎng)木板對(duì)它的摩擦力水平向左，根據(jù)牛頓第三定律，長(zhǎng)木板受到的摩擦力總是水平向右，B正確；根據(jù)圖像可得繩的拉力穩(wěn)定時(shí)為8N，故滑動(dòng)摩擦力大小為8N，則有Ff＝μFN＝μmg，解得μ＝Ffmg＝0.2，C錯(cuò)誤；長(zhǎng)木板與操作臺(tái)間有摩擦力，且不能保證長(zhǎng)木板勻速運(yùn)動(dòng)，故拉長(zhǎng)木板的力和圖乙的細(xì)線所受的力不同，D錯(cuò)誤物體受到的外力發(fā)生變化時(shí)，物體受到的摩擦力就有可能發(fā)生突變。解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵：正確對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，從而找到物體摩擦力的突變“臨界點(diǎn)”。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示為一同學(xué)從t＝0時(shí)刻起逐漸增加水平推力推動(dòng)箱子過(guò)程中三個(gè)時(shí)刻(t1、t2、t3)的漫畫(huà)圖。假設(shè)t1時(shí)刻同學(xué)對(duì)箱子的推力為5N，t2時(shí)刻推力為10N，t3時(shí)刻推力為15N。下列說(shuō)法正確的是()A．箱子對(duì)地面的壓力就是箱子的重力B．t1時(shí)刻，箱子所受地面的摩擦力大于5NC．t2時(shí)刻，箱子所受合外力與t1時(shí)刻相同D．箱子與地面的滑動(dòng)摩擦力一定為15NC[重力和壓力是兩種不同性質(zhì)的力，只能說(shuō)箱子對(duì)地面的壓力大小等于箱子的重力，A錯(cuò)誤；t1時(shí)刻，箱子沒(méi)動(dòng)，水平方向由二力平衡可知，箱子所受地面的靜摩擦力等于5N，B錯(cuò)誤；t2時(shí)刻和t1時(shí)刻箱子都處于平衡狀態(tài)，所受的合力均為零，C正確；t3時(shí)刻推力為15N，此時(shí)箱子動(dòng)了，但不能確定箱子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故不能確定與地面的滑動(dòng)摩擦力是否等于15N，D錯(cuò)誤。]4．(多選)如圖甲所示，重為G的物體在水平向右的壓力F作用下靜止在豎直墻上，F(xiàn)隨時(shí)間t均勻減小，如圖乙所示。物體與墻之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，物體始終靜止。設(shè)墻對(duì)物體的彈力為N、物體與墻的最大靜摩擦力為Fmax、