新高考物理一輪復(fù)習(xí)知識梳理+分層練習(xí)專題08 摩擦力（含解析）

2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練專題08摩擦力導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1摩擦力的大小和方向目標(biāo)2摩擦力的四類突變問題目標(biāo)3全反力和摩擦角【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】摩擦力的大小和方向1.靜摩擦力和滑動摩擦力靜摩擦力滑動摩擦力定義兩個具有相對運動趨勢的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動趨勢的力兩個具有相對運動的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的力產(chǎn)生條件(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有相對運動趨勢(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有相對運動大小(1)靜摩擦力大小，與正壓力無關(guān)，即0<Ff≤Ffmax(2)最大靜摩擦力Ffmax的大小與正壓力大小有關(guān)滑動摩擦力的大小與正壓力成正比，即f=μFN(μ：取決于接觸面的材料及粗糙程度，與FN為無關(guān))方向與接觸面相切，與物體相對運動趨勢的方向相反與接觸面平行，與物體相對運動方向相反注意：①運動方向：一般指物體相對地面(以地面為參考系)的運動方向；②相對運動（趨勢）方向：以其中一個物體為參考系,另一個物體相對參考系的運動方向。2.判斷靜摩擦力的有無及方向的三種方法（1）假設(shè)法：（2）狀態(tài)法：（3）牛頓第三定律法：“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)牛頓第三定律確定相互作用的另一物體受到的靜摩擦力的方向。（4）帶動法：①“主動帶動被動”②“同向快帶慢，反向互相阻”，多用于傳送帶和板塊模型中，摩擦力方向的判斷。注意：摩擦力的方向總是與物體間相對運動（或相對運動趨勢）的方向相反，但與物體的運動方向可能相反，也可能相同，還有可能不在同一一線上?！纠?】（假設(shè)法）如圖，甲乙兩人分別乘坐兩種電動扶梯，此時兩電梯均勻速向上運轉(zhuǎn)，則（）A．甲受到三個力的作用B．甲受到的摩擦力水平向右C．扶梯對乙的作用力方向垂直扶梯向上D．扶梯對乙的作用力方向豎直向上【答案】D【詳解】AB．題圖甲中，人處于勻速直線運動狀態(tài)，豎直方向上受到重力和支持力，假設(shè)水平方向受到摩擦力，則甲所受合外力就不為零了，不能做勻速直線運動了，故AB錯誤；CD．題圖乙中，人處于勻速直線運動狀態(tài)，受力平衡，扶梯對乙有支持力和摩擦力，乙受重力，根據(jù)共點力作用下的平衡可知，支持力和摩擦力的合力與重力等大反向，故扶梯對乙的作用力豎直向上，C錯誤D正確。故選D?！纠?】（狀態(tài)法）最近，不少人喜歡踩著一種獨輪車，穿梭街頭。這種獨輪車全名叫電動平衡獨輪車，其中間是一個窄窄的輪子，兩側(cè)各有一塊踏板。當(dāng)人站在踏板上向右運動時，可簡化為如圖甲、乙所示的模型。關(guān)于人在運動中踏板對人腳的摩擦力，下列說法正確的是（）A．考慮空氣阻力，當(dāng)人以如圖甲所示的狀態(tài)向右勻速運動時，腳所受摩擦力向左B．不計空氣阻力，當(dāng)人以如圖甲所示的狀態(tài)向右加速運動時，腳所受摩擦力向左C．考慮空氣阻力，當(dāng)人以如圖乙所示的狀態(tài)向右勻速運動時，腳所受摩擦力可能為零D．不計空氣阻力，當(dāng)人以如圖乙所示的狀態(tài)向右加速運動時，腳所受摩擦力不可能為零【答案】C【詳解】A．考慮空氣阻力，當(dāng)人以題圖甲所示的狀態(tài)向右勻速運動時，根據(jù)平衡條件可知，腳所受摩擦力方向向右，故A錯誤；B．不計空氣阻力，當(dāng)人以題圖甲所示的狀態(tài)向右加速運動時，腳一定受到摩擦力作用，方向向右，B錯誤；C．考慮空氣阻力，當(dāng)人以題圖乙所示的狀態(tài)向右勻速運動時，根據(jù)平衡條件，人受重力、支持力與空氣阻力作用，三力可以平衡則腳所受摩擦力可能為零，故C正確；D．不計空氣阻力，當(dāng)人以題圖乙所示的狀態(tài)向右加速運動時，腳受到的支持力的水平分力提供加速度，支持力豎直分力與人的重力平衡，那么腳所受摩擦力可能為零，故D錯誤。故選C?！纠?】（牛頓第三定律法）如圖所示，A、B、C三個物體疊放在水平地面上，物體B受到大小為15N、方向水平向右的力F1的作用，物體C受到大小為5N、方向水平向左的力F2的作用，三者均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則（）A．物體B對物體A的摩擦力方向水平向右B．物體C對物體B的摩擦力方向水平向左C．地面與物體C之間的摩擦力大小為5ND．地面與物體C之間無摩擦力【答案】B【詳解】A．因A靜止，所以合力為零，隔離A受力分析可知B對A無摩擦力，故選項A錯誤；B．因AB整體，所以合力為零，對AB組成的整體受力分析可知C對物體B的摩擦力與F1等大反向，故選項B正確；CD．因ABC整體靜止，所以合力為零，對ABC組成的整體受力分析可知，根據(jù)牛頓第三定律知：物體B給C的摩擦力大小為15N，方向向右，則地面對物體C的摩擦力大小為10N，方向水平向左，故CD錯誤；故選B。3.摩擦力大小的計算【例4】如圖所示，木塊A、B所受重力分別為50N和60N，它們與水平地面間的動摩擦因數(shù)均為0.25，夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動。現(xiàn)用F=1N的水平拉力作用在木塊B上，力F作用瞬間（）A．木塊B所受摩擦力大小是10NB．木塊B所受摩擦力大小是7NC．木塊A所受摩擦力大小是12.5ND．木塊A所受摩擦力大小是8N【答案】D【詳解】彈簧彈力大小F彈＝kx＝400×0.02N＝8N兩物塊與地面之間的最大靜摩擦力fmB=μGB＝15NfmA=μGA＝12.5N力F作用瞬間，假設(shè)木塊AB不動，則彈簧彈力不變，所以木塊B所受摩擦力大小fB＝F+F彈＝9N<fmB木塊A所受摩擦力大小是fA=F彈=8N<fmA假設(shè)成立，則木塊A所受摩擦力大小是8N，木塊B所受摩擦力大小是9N。D正確，ABC錯誤；故選D?！纠?】如圖所示，在粗糙的水平面上放一質(zhì)量為2kg的物體，現(xiàn)用SKIPIF1<0的力，斜向下推物體，力F與水平面成SKIPIF1<0角，物體與水平面之間的滑動摩擦系數(shù)為SKIPIF1<0，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取SKIPIF1<0，則（）A．物體對地面的壓力為20N B．物體所受的摩擦力為14.5NC．物體所受的摩擦力為SKIPIF1<0 D．物體將向右勻速運動【答案】B【詳解】A．物體的受力如圖所示：在豎直方向，由共點力平衡條件和力的分解，可得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0由牛頓第三定律知，物體對地面的壓力為SKIPIF1<0故A錯誤；BCD．物體的最大靜摩擦力SKIPIF1<0；SKIPIF1<0因為SKIPIF1<0所以物體處于運動狀態(tài)，所受的摩擦力為SKIPIF1<0合力不為零，物體不能勻速運動，故B正確，CD錯誤；故選B。二、摩擦力的突變問題1.“靜→靜”突變：物體受到靜摩擦力和其他力的共同作用，當(dāng)其他力的合力發(fā)生變化時，如果仍保持相對靜止，則靜摩擦力的大小和(或)方向可能發(fā)生突變?！纠?】如圖所示為分揀快件的皮帶傳輸機(jī)，轉(zhuǎn)動輪帶動傾斜皮帶勻速向上運動，快件能隨皮帶一起向上做勻速運動，其間突遇故障，皮帶減速直至停止。假設(shè)在上述過程中，快件與皮帶始終保持相對靜止，則（）A．快件勻速運動時受到的摩擦力對其做正功B．快件勻速運動時受到的摩擦力一定為零C．快件減速運動時受到的摩擦力不可能為零D．快件減速運動時受到的摩擦力方向一定沿皮帶向下【答案】A【詳解】AB．皮帶勻速運動時，根據(jù)平衡條件，快件所受摩擦力沿皮帶向上，摩擦力對快件做正功，A正確，B錯誤；CD．皮帶向上減速運動時，快件的加速度方向沿皮帶向下，設(shè)皮帶傾角為θ，快件的加速度大小為a，當(dāng)SKIPIF1<0時，摩擦力為零；當(dāng)SKIPIF1<0時，摩擦力方向沿皮帶向下；當(dāng)SKIPIF1<0時，摩擦力方向沿皮帶向上，CD錯誤。故選A。2.“靜→動”突變：物體受到靜摩擦力和其他力的共同作用，當(dāng)其他力變化時，如果發(fā)生相對滑動，則靜摩擦力可能突變?yōu)榛瑒幽Σ亮??！纠?】如圖所示，一箱子放在水平地面上，現(xiàn)對箱子施加一斜向上的拉力F，保持拉力的方向不變，在拉力F的大小由零逐漸增大的過程中。關(guān)于摩擦力f的大小隨拉力F的變化關(guān)系，下列四副圖可能正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】設(shè)F與水平方向的夾角為θ，木箱處于靜止?fàn)顟B(tài)時，根據(jù)平衡條件得：木箱所受的靜摩擦力為SKIPIF1<0，F(xiàn)增大，f增大；當(dāng)拉力達(dá)到一定值，箱子運動瞬間，靜摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ捎谧畲箪o摩擦力略大于滑動摩擦力，故摩擦力有個突然減小的過程；木箱運動時，所受的支持力SKIPIF1<0F增大，N減小，此時木箱受到的是滑動摩擦力，大小為SKIPIF1<0，N減小，則f減小，故B正確，ACD錯誤。故選B。3.“動→靜”突變：物體受到滑動摩擦力和其他力的共同作用，當(dāng)相對滑動突然停止時，滑動摩擦力可能突變?yōu)殪o摩擦力?！纠?】將質(zhì)量為m的磚塊靠在足夠高的豎直墻壁上，對其施加F＝kt（k為正的常數(shù)）的水平推力，如圖所示，t＝0時將磚塊由靜止釋放，用f、a、v分別表示它的摩擦力、加速度和速度，下列圖像正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】AB．物塊運動過程中SKIPIF1<0當(dāng)物塊靜止時SKIPIF1<0保持不變，圖象從斜直線變?yōu)樗骄€有一突變，A錯誤，B正確；C．物塊運動過程中，當(dāng)SKIPIF1<0根據(jù)牛頓第二定律得SKIPIF1<0得SKIPIF1<0，a隨著t增大而減小，物塊做加速度減小的變加速運動；v-t圖象的斜率應(yīng)減小。當(dāng)SKIPIF1<0根據(jù)牛頓第二定律得SKIPIF1<0隨著t增大，a反向增大，物塊做加速度增大的變減速運動；v-t圖象的斜率應(yīng)增大，直到停止，CD錯誤。故選B。4.“動→動”突變：物體受到滑動摩擦力和其他力的共同作用，當(dāng)兩物體間的正壓力發(fā)生變化時，滑動摩擦力的大小隨之而變；或兩物體達(dá)到共同速度時相對滑動方向發(fā)生變化，滑動摩擦力的方向也會隨之而變?！纠?】如圖所示，足夠長的傳送帶與水平面夾角為SKIPIF1<0，在傳送帶上某位置輕輕放置一小木塊，小木塊與傳送帶間動摩擦因素為SKIPIF1<0，小木塊速度隨時間變化關(guān)系如圖所示，v0、t0已知，則（）A．傳送帶一定逆時針轉(zhuǎn)動 B．SKIPIF1<0C．傳送帶的速度大于v0 D．t0后滑塊的加速度為SKIPIF1<0【答案】AD【詳解】A．若傳送帶順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)滑塊下滑時SKIPIF1<0，將一直勻加速到底端；當(dāng)滑塊上滑時SKIPIF1<0，先勻加速運動，在速度與傳送帶速度相等后將勻速運動，兩種均不符合運動圖像；故傳送帶是逆時針轉(zhuǎn)動，A錯誤；B．滑塊在0～t0內(nèi)，滑動摩擦力向下，做勻加速下滑，即有SKIPIF1<0由題圖可知SKIPIF1<0則SKIPIF1<0故B錯誤；C．經(jīng)過分析，由圖可知，傳送帶的速度等于SKIPIF1<0，C錯誤；D．滑塊與傳送帶的速度相等后的加速度SKIPIF1<0代入μ值得SKIPIF1<0故D正確。故選AD。三、全反力和摩擦角1.全反力：物體所受滑動摩擦力與支持力的合力稱全反力，一般用R表示。2.摩擦角：全反力與支持力的夾角稱摩擦角，且μ=tanθ（μ為動摩擦因素）【例10】如圖所示，斜面靜止在粗糙的水平地面上，一個物體恰能沿斜面勻速下滑。若以平行于斜面方向的力SKIPIF1<0向下推此物體，使物體加速下滑，則A．斜面一定靜止，且與地面之間沒有摩擦力B．斜面可能靜止，且受到地面向右的靜摩擦力C．斜面一定運動，且受到地面向右的摩擦力D．斜面一定靜止，且受到地面向右的靜摩擦力【答案】A【詳解】法一：物塊勻速下滑時，對物塊和斜面體整體進(jìn)行受力分析，假設(shè)地面對整體有摩擦力，設(shè)為水平向右，如圖：根據(jù)共點力平衡條件得到摩擦力為零；若沿平行于斜面的方向用力F向下推此物體，使物體加速下滑時，物體對斜面的壓力沒有變化，則對斜面的滑動摩擦力也沒有變化，所以斜面體的受力情況沒有改變，則地面對斜面體仍沒有摩擦力，即斜面體受地面的摩擦力為零，斜面一定靜止，所以A正確；故選A。法二：物體勻速下滑時，物體所受支持力和摩擦力的合力，即全反力R，大小等于mg，方向豎直向上，且mgsinα=μmgcosα，所以μ=tanα；又因為摩擦角tanθ=u，所以θ=α。所以物體對斜面全反力的反作用力（物體對斜面壓力和摩擦力的合力）也豎直向下；當(dāng)物體加力F加速運動時，N和f大小和方向都不變，所以物體所受全反力R大小和方向也不變，則物體對斜面的全反力的反作用力方向也仍然豎直向下，所以斜面不受水平面的摩擦力?！径嗑S度分層專練】1．輪椅分為電動和手動輪椅，是用于傷員、病員、殘疾人居家康復(fù)、周轉(zhuǎn)運輸、就診、外出活動的重要移動工具。如圖是一款手動輪椅，該輪椅共有4個輪子，人用雙手推動手輪圈，輪椅向前運動。關(guān)于地面對4個輪子的摩擦力，下列說法正確的是（）A．前輪、后輪受到的摩擦力都向前B．前輪、后輪受到的摩擦力都向后C．前輪受到的摩擦力向前，后輪受到的摩擦力向后D．前輪受到的摩擦力向后，后輪受到的摩擦力向前【答案】D【詳解】因人在后輪用力，則后輪相對地面有向后滑動的趨勢，可知后輪受到的摩擦力向前；前輪相對地面有向前運動的趨勢，則前輪受到的摩擦力向后。故選D。2．物塊A、B疊放在水平桌面上，裝有沙子的鐵桶C通過細(xì)線繞過光滑的滑輪連接B，使A、B在水平面上一起向右做勻加速運動，設(shè)A、B間的摩擦力為SKIPIF1<0，B與桌面間的摩擦力為SKIPIF1<0。若取出C桶內(nèi)的一些沙子放在物塊A上方的凹槽中，A、B恰好能一起向右勻速運動，則摩擦力SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的變化情況是（）A．SKIPIF1<0變?yōu)?，SKIPIF1<0變大 B．SKIPIF1<0變?yōu)?，SKIPIF1<0變小C．SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0不變 D．SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0變小【答案】A【詳解】剛開始，A、B在水平面上一起向右做勻加速運動，則A受到一個向右的摩擦力SKIPIF1<0，B桌面間的摩擦力為SKIPIF1<0，當(dāng)取出C桶內(nèi)的一些沙子放在物塊A上方的凹槽中，A、B恰好能一起向右勻速運動，A豎直方向處于平衡，水平方向沒有力，則SKIPIF1<0變?yōu)?，B與桌面間的仍然為滑動摩擦，但支持力增大，則SKIPIF1<0變大，故選A。3．如圖，重50N的物體在水平面上向右運動，同時受到一個水平向左的F=8N的恒力作用，物體和水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2，取水平向左為正方向，則該物體所受的摩擦力SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化的關(guān)系圖像為（）A．B．C． D．【答案】D【詳解】物體在運動的過程中受到的滑動摩擦力的大小為SKIPIF1<0所以在物體向右運動的過程中，受到的滑動摩擦力的大小為10N，方向向左，當(dāng)物體減速到零時，由于物體受到的拉力大小為8N，小于物體的最大靜摩擦力的大小10N，所以物體不會再運動，此時物體受到的摩擦力為靜摩擦力，大小為8N，方向向右。故選D。4．木塊A、B的質(zhì)量分別為5kg和6kg，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.25。夾在A、B之間的輕質(zhì)彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，初始時兩木塊在水平地面上靜止不動?，F(xiàn)用與水平方向成60°的拉力F＝6N作用在木塊B上，如圖所示。最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度取g＝10m/s2，則在力F作用后（

）A．木塊A所受摩擦力的方向向左 B．木塊A所受摩擦力大小是12.5NC．木塊B所受摩擦力大小是11N D．木塊B所受摩擦力大小是15N【答案】C【詳解】最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，所以A受到的最大靜摩擦為SKIPIF1<0B受到的最大靜摩擦為SKIPIF1<0此時彈簧的彈力為SKIPIF1<0彈簧的彈力的大小小于物體受到的最大靜摩擦力的大小，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)平衡條件，A受到的摩擦力大小為8N，方向向右，B受到的摩摩擦力也是8N，方向向左，當(dāng)與水平方向成60°的拉力SKIPIF1<0作用在木塊B上，假設(shè)物體B仍靜止，則B受到的摩擦力為11N，此時小于最大靜摩擦，則B仍然靜止，摩擦力方向向左，施加F后，彈簧的形變量不變，則A受力情況不變，A受到的摩擦力大小仍為8N，方向向右，C正確。故選C。5．如圖所示，A、B兩物塊疊放在一起，在光滑水平面上向右勻速運動，此時給物塊A施加一個水平向左的拉力，物塊A和B仍保持相對靜止一起向右運動過程中（

）A．物塊B對A的摩擦力方向水平向左 B．物塊B受到的摩擦力大小等于FC．物塊A和B各受到四個力的作用 D．物塊B對物塊A的支持力是由于物塊B形變引起的【答案】CD【詳解】A．水平面光滑，水平面對物塊B的摩擦力為零，施加拉力F后，A、B一起向右做減速運動，說明A對B的摩擦力方向向左，B對A的摩擦力方向向右，故A錯誤；B．若B對A的摩擦力大小等于F，則物塊A做勻速運動，與題設(shè)不符，因此物塊B對A的摩擦力小于F，即A對B的摩擦力小于F，故B錯誤；C．A受拉力、重力、支持力、摩擦力四個力，B受水平面支持力、A的壓力、重力、A對B的摩擦力四個力，故C正確；D．物塊B對物塊A的支持力是由于物塊B形變引起的，故D正確。故選CD。6．如圖甲所示，A、B兩個質(zhì)量均為m的物體疊放在水平面上，B的上下表面均水平，A物體與一拉力傳感器相連接，連接拉力傳感器和物體A的細(xì)繩保持水平。從t＝0時刻起，用一水平向右且隨時間逐漸增加的力F作用在B物體上，拉力傳感器的示數(shù)隨時間變化的圖線如圖乙所示，已知k、t1、t2，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。A與B，B與水平面間的動摩擦因數(shù)均為μ，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時間內(nèi)A、B之間的靜摩擦力逐漸增加B．SKIPIF1<0時間內(nèi)，水平面與B之間為滑動摩擦力C．SKIPIF1<0時間內(nèi)A、B之間無摩擦力D．SKIPIF1<0時刻，B與水平面之間的摩擦力為2μmg【答案】CD【詳解】AC．0～t1時間內(nèi)，B處于靜止?fàn)顟B(tài)；假設(shè)A受到摩擦力作用則傳感器會有拉力，而由圖可知這段時間傳感器沒有示數(shù)，說明沒有拉力，所以A、B之間沒有摩擦力，故A錯誤，C正確；B．t1～t2時間內(nèi)，由乙圖可知，傳感器的拉力逐漸增大，則A受的摩擦力也在逐漸增大，這時A、B相對地面還是處于靜止?fàn)顟B(tài)，故水平面與B之間為靜摩擦力，故B錯誤；D．由乙圖可知，t2時刻B相對地面滑動，地面所受的正壓力大小為SKIPIF1<0，故B與水平面之間的摩擦力為SKIPIF1<0故D正確。故選CD。7．如圖所示，用水平力SKIPIF1<0推著物塊沿斜面勻速運動，已知物塊的質(zhì)量為SKIPIF1<0，斜面傾角為SKIPIF1<0，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0，重力加速度為SKIPIF1<0。關(guān)于摩擦力大小的計算可能正確的是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．條件不足，無法計算【答案】BC【詳解】若物塊向上滑動，對物塊受力分析如下圖由平衡條件得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由滑動摩擦力公式可SKIPIF1<0當(dāng)物塊向下滑動，對物塊受力分析如下圖由平衡條件得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由滑動摩擦力公式可SKIPIF1<0綜上可得BC正確，AD錯誤。故選BC。8．如圖所示，水平