8.3 摩擦力（解析版）

课时83 摩擦力（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 理解摩擦力的概念； 2 熟悉影响滑动摩擦力大小的因素； 3 会进行影响滑动摩擦力大小因素的实验探究； 4 了解生活中应用与防止摩擦力的现象。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、摩擦力 1 认识：阻碍物体相对运动的力 相互接触的物体的两个面，有时用肉眼看起来很光滑，但是放到显微镜下观察，就会 发现实际上像如图所示的那样是凹凸不平的。在压力的作用下，这些凹凸不平的部位会相 互啮合，当两者发生相对滑动时，啮合部分就会彼此阻碍，产生阻碍作用。两个相互接触 的物体，当它们做相对运动（或有相对运动趋势）时，在接触面产生一种阻碍相对运动 （或相对运动趋势）的力，这种力叫做摩擦力。 2 摩擦力产生的条件 （1）接触面粗糙； （2）两物体相互接触并相互挤压（产生压力）； （3）两物体间发生相对运动或有相对运动趋势。 这三个条件缺一不可。 材深挖 滑动摩擦力和静摩擦力 当两个相互接触的物体反射相对运动时，在接触面上会产生滑动摩擦力；当两物体没有发生相对运 动，但有相对运动趋势时，在接触面上会产生静摩擦力，如用力推箱子但未推动时，虽然箱子处于 静止状态，但箱子在推理作用下已有了“要发生”相对运动的趋势，此时地面对箱子的摩擦力就是 静摩擦力。 3 摩擦力的作用效果 摩擦力的作用总是阻碍物体相对运动（或相对运动趋势）。“相对运动”（“或相对 运动趋势”）是以相互接触的物体作为参照物的。 4 摩擦力的作用点 实际上，摩擦力是作用在这个物体接触面上的，但为了研究方便可以把摩擦力的作用 等效到一个点上，可以把这个点等效在接触面上，也可以取在物体的重心上。 5 摩擦力的方向 总是与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。 温馨提示 相对运动方向的理解 “相对运动方向”不是“运动方向”。水平地面上的物体前进时，物体相对地面向前运动（相对运 动方向向前），物体受到地面对它向后的摩擦力（摩擦力方向向后）；人走路时，脚向后蹬地， 脚相对于地面有向后运动的趋势，地面给鞋底的摩擦力方向向前，有利于人向前运动。 摩擦力有时阻碍运动，有时有利于运动，无论哪种情况，摩擦力的方向与相对运动方向或相对运 动趋势的方向相反。 【归纳总结】 判断摩擦力方向的三种方法 由摩擦力概念判断 摩擦力的方向与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反 由假设法判断 此方法通常用来判断相对静止的物体间所受静摩擦力的方向。首先假设接触 面光滑、无摩擦，分析两物体的相对运动情况，然后根据摩擦力阻碍物体相 对运动确定摩擦力的方向 由二力平衡的条件 判断 一对平衡力的方向相反，可以通过与摩擦力相互平衡的另一个力的方向来判 断摩擦力的方向 ▲拓展培优 摩擦力的分类 常见摩擦除了滑动摩擦和静摩擦，还有滚动摩擦。滚动摩擦是物体在接触面上滚动时所受的摩擦。 在情况相同时，一般滚动摩擦会远小于滑动摩擦。 种类 定义 示例 滑动摩擦 力 一个物体在另一个物体上面滑动时产生 的摩擦力 在粗糙地面上滑动的物体受到滑动摩擦力 滚动摩擦 力 一个物体在另一个物体表面上滚动时产 生的摩擦力 沿水平方向运动的小车车轮受到滚动摩擦 力 静摩擦力 两个相互接触的物体，当它们要发生而 未发生相对运动时，在它们的接触面上 产生一种阻碍相对运动趋势的力 两个力共同作用在同一物体上，使物体保 持平衡 【典例1】（多选）冰壶运动员的鞋底一只是塑料的，另一只是橡胶的。他滑行时， 橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大。如图所示，他用b 脚蹬冰面后，只用脚向右滑 行，可以确定的是（ ）。 ．滑行时冰对鞋的摩擦力向右； B．蹬冰时冰对b 鞋的摩擦力向右； ．鞋底是橡胶会滑得更近； D．鞋底是塑料会滑得更远 【答】BD。 【解析】．只用脚向右滑行时，鞋相对于冰面向右运动，冰对鞋的摩擦力与相对运动 的方向相反，故冰对鞋的摩擦力方向向左，故不符合题意； B．用b 脚蹬冰时，b 鞋相对于冰面有向左运动的趋势，冰对b 鞋的摩擦力方向与相 对运动趋势的方向相反，所以，冰对b 鞋的摩擦力向右，故B 符合题意； D．橡胶底的鞋比塑料底的鞋受到的摩擦力大，若鞋底是橡胶，则受到的摩擦较大， 会滑得更近，故不符合题意，D 符合题意。 故选BD。 知识点二、影响滑动摩擦力大小的因素 1 实验探究：影响滑动摩擦力大小的因素 提出问题 滑动摩擦力大小与哪些因素有关？ 猜想与假 设 （1）滑动摩擦力的大小可能与接触面所受压力有关； （2）滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关 实验原理 用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动，此时木块在水平方向上受到的拉力和滑 动摩擦力为一对平衡力，这样读出弹簧测力计的示数，就可以知道滑动摩擦力的大小 （滑动摩擦力大小不能直接测量，是根据二力平衡知识间接测量出的） 制订计划 与设计实 验 影响滑动摩擦力大小的因素有多个，因此在探究过程中要应用控制变量法，如探究压 力对滑动摩擦力大小的影响时，要保持接触面的粗糙程度不变；在探究接触面粗糙程 度对滑动摩擦力大小影响时，应控制压力不变 实验步骤 （1）如图甲所示，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，使其在较光滑的长木板上匀速 滑动，记下此时弹簧测力计的示数，其示数大小等于滑动摩擦力的大小。 （2）如图乙所示，在木块上放砝码，从而改变木块对长木板的压力，测出此时匀速 拉动木块时的滑动摩擦力的大小； （3）如图丙所示，在长木板上铺上较粗糙的毛巾，保持木块上砝码不变，测出此时 匀速拉动木块时的滑动摩擦力大小。 实验数据 实验序 号 实验条件 摩擦力f/ 压力情况 接触面情况 1 等于木块的重力 木板表面较光滑 09 2 等于木块和砝码的总重力 木板表面较光滑 16 3 等于木块和砝码的总重力 表面较粗糙 21 分析与论 证 （1）由实验1、2 可知，接触面粗糙程度相同，压力越大，弹簧测力计的示数越大， 即滑动摩擦力越大； （2）由实验2、3 可知，压力大小相同，接触面越粗糙，弹簧测力计示数越大，即滑 动摩擦力越大。 实验结论 滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。当接触面的粗糙程度相同 时，压力越大，滑动摩擦力越大；当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。 2 注意事项 （1）实验时所用的木板要足够长，以保证木块在木板上滑动时由匀速直线运动的过 程； （2）实验时应保持拉动弹簧测力计的方向与长木板平行； （3）实验中要做到匀速拉动木块不好实现，建议采用如下操作：将弹簧测力计的挂 钩与木板相连，拉环处固定，拉动长木板进行实验（如图所示），这样不但方便读数，而 且长木板也不需要做匀速直线运动。 材深挖 1 用力拉木箱，木箱没有动，这是因为地面对木箱的静摩擦力的作用，阻碍了木箱的运动；用手握 紧茶杯，茶杯没有下落，是因为茶杯受到了手竖直向上的静摩擦力作用，阻碍了茶杯落下。 推箱子 握紧茶杯 2 在推箱子这一实例中：不推箱子，箱子没有相对运动的趋势，此时地面对箱子没有摩擦力作用； 当用力推箱子时，箱子有相对地面滑动的趋势，此时地面就会对箱子施加一个反方向的静摩擦力阻 碍其滑动，因箱子未被推动，保持静止，由二力平衡可知，在水平方向上静摩擦力大小等于推力的 大小。推力为1 时，静摩擦力为1；推力为10 时，静摩擦力为10，只有当大于地面能对箱子产生 的最大静摩擦力时，箱子才会滑动，之后，箱子和地面之间的摩擦力大小不变，为滑动摩擦力大 小。 3 在握紧茶杯这一实例中：茶杯受重力作用，有下滑的趋势，则手对茶杯有向上的静摩擦力作用， 茶杯静止，由二力平衡可知，在竖直方向上静摩擦力的大小等于茶杯和杯内水的总重力，若总重力 为3，则静摩擦力为3，若中重力为4，则静摩擦力也变为4。 【典例2】如图是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验，铜块和木块的大 小和形状完全相同、下表面粗糙程度不同，实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速 直线运动。 （1）如图甲，弹簧测力计的示数是__________．若物体不是做匀速运动，而是做加 速直线运动，此时弹簧测力计示数将__________摩擦力。（选填“大于”、“小于”或 “等于”） （2）如图乙和图丙中铜块和木块叠在一起的目的是保持________不变，探究影响滑 动摩擦力大小与_________的关系。 （3）实际操作时，手拉着弹簧测力计做匀速直线运动是比较难做到的，因而弹簧测 力计的示数不一定等于摩擦力的大小，为确保弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小，请提 出一个改进的方法（在图1 中画图表示）。 （4）冰壶运动员的鞋底一只是塑料的，另一只是橡胶的，滑行时橡胶底的鞋受到的 摩擦力比塑料底的鞋受到的大。如图2，他用b 脚蹬冰面后只用脚向右滑行，则鞋蹬冰面 时冰对b 脚穿的鞋的摩擦力方向__________（选填“向左”或“向右）；脚穿的鞋的鞋底 是__________（选填“塑料的”或“橡胶的”）。 【答】（1）22；大于；（2）压力接触面粗糙程度；（3）如图；（4）向右；塑料 的。 【解析】（1）由图甲知道，弹簧测力计的分度值为02，示数是22；若物体不是做 匀速运动，而是做加速直线运动，则拉力大于受到的摩擦力，即此时弹簧测力计示数将大 于摩擦力； （2）由图乙和图丙知道，铜块和木块叠在一起的目的是为了保持对木板的压力不变； 由图乙和图丙知道，对木板的压力不变，但接触面的粗糙程度发生了变化，故可以探究影 响滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系； （3）实验装置改为如下图所示（铜块相对地面静止，受到的测力计拉力与木板施加 的摩擦力为一对平衡力）： （4）由图2 知道，他用b 脚蹬冰面后，b 脚相对冰面有向左运动趋势，则冰面阻碍b 脚向左运动，所以b 脚受到的摩擦力方向向右；根据题意知道，橡胶底的鞋比塑料底的鞋 受到的摩擦力大；b 脚受到的摩擦力方向向右，使运动员向右运动，所以b 脚受到的摩擦 力是人向右运动的动力，即摩擦力大更好，所以脚应该穿塑料底的鞋。 知识点三、摩擦的利用与防止 1 有益摩擦和有害摩擦 （1）摩擦有时是有益的。如用手拿物体时，手与物体间的摩擦；人行走时，鞋底与 地面间的摩擦；刹车时，刹车装置的摩擦以及车轮与地面间的摩擦等。 （2）摩擦有时是有害的。如机器运转时各部件之间的摩擦会使机器磨损，进而使机 器丧失原有的精度和功能等。 2 增大或减小摩擦的方法 类别 方法 应用举例 增大有益摩擦 增大接触面间的压力 自行车车闸 增大接触面的粗糙程 度 汽车、拖拉机、自行车车轮上有凹凸不平的花纹，运 动员往手上涂防滑粉 变滚动摩擦为滑动摩 擦 火车、汽车在紧急刹车时，制动系统使车轮变滚动为 滑动 减小有害摩擦 减小接触面的压力 推动熄火的汽车使其再次启动时，让车内乘客都下车 以减小车重 减小接触面的粗糙程 度 冰壶比赛中用冰壶刷擦冰 变滑动摩擦为滚动摩 擦 轮滑鞋 使接触面分离 给机械部件加润滑油，气垫船、磁悬浮列车 【典例3】图的四幅图中，通过增大压力的方法增大摩擦力的是（ ）。 ．用力握紧球拍 B．滚动轴承 ．车轴加润滑油 D．鞋底有花纹 【答】。 【解析】．用力握紧球拍在接触面粗糙程度一定时，通过增大压力来增大摩擦力，故 符合题意； B．滚动轴承内圈与外圈之间用滚动代替滑动减小了摩擦力，故B 不符合题意； ．滴加润滑油是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力，故不符合题意； D．鞋底刻有凹凸不平的花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大 摩擦力，故D 不符合题意。 故选。 【方法帮】 题型一：摩擦力的产生 产生摩擦力必须同时满足三个条件：（1）接触面粗糙；（2）接触并相互挤压； （3）发生相对运动或有相对运动趋势。 【典例4】关于摩擦力的说法中不正确的是（ ）。 ．相互接触的物体间不一定有摩擦力； B．两物体保持相对静止时也有可能有摩擦； ．摩擦力的方向可能与物体运动的方向相同； D．两个表面光滑的物体间也可能有摩擦 【答】D。 【解析】相互接触的两物体，发生相对运动，或有相对运动的趋势时，两物体间产生 摩擦力。 、如果两个物体接触没有运动，也没有运动趋势两个物体之间就没有摩擦力。故正确； B、例如斜面上静止的物体，虽然相对斜面来讲物体是静止的，但是物体在斜面上有 向下运动的趋势，两者之间也存在摩擦力。故B 正确； 、摩擦力的方向总是跟物体的相对运动方向相反，但跟物体运动方向可能是相同的， 如人走路时，受到的摩擦力向前。故正确； D、两个物体之间要产生摩擦力接触面一定是粗糙的，光滑表面不会产生摩擦力。故 D 错误。 故选D。 题型二：摩擦力的大小和方向 【角度1】滑动摩擦力的大小和方向 根据二力平衡判断摩擦力的大小和方向： （1）确定研究对象的运动状态为平衡状态； （2）分析摩擦力以外的力的大小和方向； （3）根据平衡力的条件（大小相等、方向相反）来判断摩擦力的大小和方向。 【典例5】如图甲所示，完全相同的木块和B 叠放在水平桌面上，在水平推力F1＝ 18 的作用下一起做匀速直线运动，此时木块B 所受的摩擦力为________，木块所受的摩 擦力为________；若将、B 紧靠着平放在水平桌面上，如图乙所示，用水平力F2推使它们 一起匀速运动，则推力F2是________。 【答】0；18；18。 【解析】[1]由图甲可知，在18 的水平拉力F1作用下，、B 一起做匀速直线运动，B 相对于没有发生相对运动趋势，B 没有受到摩擦力。 [2]B 一起做匀速直线运动，B 看成整体，受到拉力和摩擦力是平衡力，由二力平衡条 件得到木块所受的摩擦力的大小等于拉力的大小，即f=F1=18 [3]若将、B 紧靠着放在水平桌面上，接触的粗糙程度不变，压力也不变，因此摩擦力 也不变，使它们一起匀速运动因此推力和摩擦力是平衡力，推力F2的大小等于摩擦力的大 小，为18。 【角度2】静摩擦力的大小和方向 静摩擦力总是与引起相对运动趋势的外力大小相等、方向相反，故静摩擦力会随着外 力的变化而变化，不是定值。 ★易错警示 “推了但没有推动”的两种误区： （1）“没推动”就是推力太小，小于物体所受静摩擦力； （2）“没推动”就是不受摩擦力。 正确理解：（1）“没推动”=“物体静止”=“物体受力平衡”，即推力大小等于摩擦 力； （2）“没推动”，物体只是没有相对运动，但存在相对运动趋势，此时有静摩擦力。 【典例6】用大小为10 的水平推力推水平地面上的某物体，没有推动，则物体所受 摩擦力f_____10（选填“＜”或“＝”）；当水平推力增大至15 时，物体沿水平地面匀 速前进，此时物体所受摩擦力f1_____15（选填“＜“或“＝”）；当水平推力增大至16 时，物体所受摩擦力大小为________。 【答】=；=；15。 【解析】[1]物体静止，处于平衡状态变成，在水平方向受到的是平衡力，静摩擦力与 推力相互平衡，大小相等。 [2]物体匀速前进，处于平衡状态，在水平方向受到的滑动摩擦力与推力相互平衡，大 小相等。 [3]滑动摩擦力的大小与压力、接触面的粗糙程度有关，与其他因素无关。即使水平推 力增大了，但物体受到的滑动摩擦力不变，依然为15。 【角度3】结合运动图像分析摩擦力的大小 （1）分析运动物体所受滑动摩擦力时，若物体做匀速直线运动，则可根据二力平衡 知识直接解答； （2）若物体做加速运动或减速运动，此时物体不处于平衡状态，则分析物体与接触 面之间的压力及接触面的粗糙程度是否发生变化（一般均不变），若不变，则滑动摩擦力 的大小不变。 【典例7】如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到水平向右的拉力F 的作用，F 的大小与时间t 的关系如图乙所示，物体运动速度 v 与时间t 的关系如图丙所示，由图象 可知，当 t=15s 时，物体受到摩擦力为______；当t=48s 时，物体受到的合力为______ __。 【答】2；0。 【解析】[1]从丙图可知，在0~2s 时是静止，在2~4s 是加速，在4~6s 是匀速，匀 速时，摩擦力等于拉力，等于4，当 t=15s 时，物体处于静止，摩擦力属于静摩擦力，物 体处于平衡状态，拉力等于推力等于2，故其大小为2。 [2]当t=48s 时，物体做匀速直线运动，物体处于平衡状态，故合力为零。 题型三：探究滑动摩擦力大小的影响因素 【典例8】如图所示，小明用弹簧测力计、木块、砝码、长木板和毛巾探究影响滑动 摩擦力大小因素的实验。 (1)实验过程中，应拉着木块在木板上做_______运动，弹簧测力计的示数如图所示， 则木块受到的滑动摩擦力大小为______； (2)对比甲、乙两次实验，是为了探究滑动摩擦力的大小与_______的关系。图甲中， 若拉着木块以较大的速度匀速运动，木块所受摩擦力的大小_______（填变大、变小或不 变）； (3)小明想进一步探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系，进行了图丙的实验， 当测力计示数达到最大值时仍没拉动木块，为了使用现有实验器材顺利完成此实验探究， 小明可采取的办法是：_______。 【答】匀速直线；42；压力；不变；见解析。 【解析】(1)探究影响滑动摩擦力大小因素的实验中，应拉着木块在木板上做匀速直线 运动，拉力与摩擦力是一对平衡力，摩擦力等于拉力。 由图可知，弹簧测力计的分度值为02，读数为42，滑动摩擦力大小为42。 (2)对比甲、乙两次实验，接触面相同，压力不同，是为了探究滑动摩擦力的大小与压 力的关系。 滑动摩擦力的大小与运动速度无关，若拉着木块以较大的速度匀速运动，木块所受摩 擦力的大小不变。 (3)将砝码取下，匀速拉动木块，读出弹簧测力计的示数，然后与甲实验对比。 题型四：摩擦力的利用与防止 1 减小摩擦的方法：（1）减小压力；（2）减小粗糙程度；（3）变滑动为滚动； （4）使接触面分离。 2 增大摩擦的方法：（1）增大压力；（2）增大粗糙程度；（3）变滚动为滑动。 【典例9】下列实例中，属于减小摩擦的是（ ）。 ． 汽车轮胎上刻有花纹； B． 轴承中装有滚珠； ． 运动鞋底有凹凸不平的花纹； D． 打球时用力握紧球拍 【答】B。 【解析】．汽车轮胎上刻有花纹，在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大 摩擦力，故不符合题意； B．轴承中装有滚珠，是用滚动代替滑动来减小摩擦力，故B 符合题意； ．运动鞋底有凹凸不平的花纹，在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩 擦力，故不符合题意； D．打球时用力握紧球拍，在接触面粗糙程度一定时，通过增大压力来增大摩擦力， 故D 不符合题意。 故选B。 题型五：摩擦力示意图 摩擦力的作用点 摩擦力的作用点一般选在接触面上，也可将作用点画在物体的重心（一般是物体的几 何中心）上。 【典例10】如图所示，用F=30 的力按住一重为5 的木块，木块静止在墙壁上，请 画出木块所受摩擦力的示意图。 【解析】物体静止在墙壁上，在竖直方向上物体受到的重力与摩擦力是一对平衡力， 二力的大小相等，均为5，方向相反，重力