摩擦力

《摩擦力》教案

一、教学目标

1. 物理观念：理解静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件；会判断摩擦力的有无、大小和方向，了解最大静摩擦力的概念；知道生活中增大和减小摩擦的实例，有将物理知识应用于生活的意识。

2. 科学思维：能区分静摩擦力与滑动摩擦力，掌握判断摩擦力方向的方法（条件法、假设法、状态法、力的相互性法）；能根据二力平衡或公式F_f=μF_N计算摩擦力大小。

3. 科学态度与责任：通过吸盘挂钩、筷子夹食物、狗拉雪橇等生活实例，体会摩擦力在生活生产中的作用，培养将物理知识应用于实际的意识。

二、教学重点与难点

重点：滑动摩擦力和静摩擦力的产生条件、方向判断及大小计算；最大静摩擦力的概念。

难点：静摩擦力有无的判断及方向的确定；滑动摩擦力方向与物体运动方向的区分；静摩擦力大小的求解（无具体公式，需根据平衡条件）。

三、教学过程

（一）导入新课

通过展示儿童滑滑梯、志愿者提水桶等生活图片，引导学生思考：为什么滑滑梯时会有阻力？为什么用手握住水杯能保持静止？引出摩擦力的研究课题。结合情境链接：搬运工人推装满货物的箱子很费劲，但推空箱子却很轻松；因纽特人依靠狗拉雪橇在雪地上出行。讨论滑动摩擦力的大小与哪些因素有关。

（二）基础落实——必备知识全过关

1. 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，在接触面上会产生阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。

（2）产生条件：①物体相互接触且相互挤压；②接触面粗糙；③两物体间有相对运动。

（3）方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反（与运动方向可能相同或相反）。

（4）大小：F_f=μF_N，即滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。式中μ为动摩擦因数，没有单位，它的数值跟相互接触的两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。

2. 静摩擦力

（1）定义：相互接触的两个物体，当它们之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时，物体间的摩擦力叫作静摩擦力。

（2）产生条件：①物体相互接触且相互挤压；②接触面粗糙；③两物体间相对静止但有相对运动趋势。

（3）方向：总是沿着接触面，跟物体相对运动趋势的方向相反。

（4）大小——没有具体的公式：

①最大静摩擦力：静摩擦力的增大有一个限度，物体间即将开始相对运动时的摩擦力。

②静摩擦力大小范围：物体间实际产生的静摩擦力在0与最大静摩擦力之间。

3. 教材拓展

阅读教材第65页静摩擦力，思考：吸盘挂钩承重能力有时相当可观，是什么力在抵抗着桶对挂钩的拉力？这个力有多大？

提示：大气压力将吸盘紧紧压在墙面上，使得墙壁与吸盘之间产生很大的压力，油桶对吸盘产生拉力使得吸盘有向下的运动趋势，所以墙壁对吸盘产生了与相对运动趋势方向相反的静摩擦力，它的大小与油桶对吸盘的拉力相等。

4. 易错辨析

（1）受到滑动摩擦力的物体可以静止。（正确）

（2）滑动摩擦力方向一定与物体运动方向相反。（错误）滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相反，与物体的运动方向可以相反，也可以相同。

（3）物体之间存在摩擦力，就一定存在弹力。（正确）

（4）受到静摩擦力的物体可以运动。（正确）

（5）静摩擦力方向一定与物体的运动方向相反。（错误）静摩擦力方向一定与物体相对运动趋势的方向相反。

（6）根据F_f=μF_N可以求静摩擦力的大小。（错误）F_f=μF_N适用于求滑动摩擦力的大小。

（三）重难探究——能力素养全提升

探究点一：滑动摩擦力

1. 导学探究

（1）用力将黑板擦（毛较长）在黑板上滑动，观察毛刷的弯曲方向。毛刷为什么向后弯曲？

（2）把手按在桌面上，用力向前滑动，手有什么感觉？增大手与桌面的压力，感觉有什么不同？这说明什么？

提示：（1）因为毛刷所受滑动摩擦力的方向沿黑板面，与黑板擦运动方向相反。（2）手受到向后的阻力（滑动摩擦力）。感觉手受到向后的阻力（滑动摩擦力）增大。滑动摩擦力大小随着压力的增大而增大。F=μF_N。

2. 知识归纳

（1）滑动摩擦力的产生条件：①接触面粗糙；②两物体相互挤压；③有相对运动（滑动）。三者缺一不可。说明：“相对”的含义是指相对跟它接触的物体，而不是相对别的物体；“相对运动”是指两个物体之间的相对位置在变化，可能的情况有：一个物体静止，另一个运动；两个物体同向运动但速度不等；两个物体反向运动等。因此，静止的物体也可以受到滑动摩擦力作用，如擦黑板，黑板静止，但受滑动摩擦力。

（2）滑动摩擦力的方向：沿接触面，与接触面相切，且与物体相对运动的方向相反；与物体的运动方向可能相同，也可能相反。

（3）滑动摩擦力的有无及方向的判断方法：①产生条件法——根据滑动摩擦力产生的条件判断，接触且接触面粗糙、相互挤压、相对运动；②力平衡条件法——当相互滑动的物体处于静止或匀速运动状态时，利用二力平衡条件判断。

（4）滑动摩擦力的大小：①公式法——根据公式F_f=μF_N计算。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；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。

特别提示：滑动摩擦力的大小由压力和动摩擦因数决定，与物体的运动状态、接触面积无关。

3. 典例剖析

【例题1】如图所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面；若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中（B）。

A.鱼缸受到的摩擦力方向始终不变

B.鱼缸受到的摩擦力大小不变

C.若猫增大拉力，桌布对鱼缸的摩擦力增大

D.若猫增大拉力，桌面对鱼缸的摩擦力增大

解析：桌布向右拉出时，鱼缸相对于桌布有向左的运动，故鱼缸受到的摩擦力向右；而当鱼缸与桌布脱离后鱼缸在桌面上滑动时，鱼缸相对于桌面有向右的运动，故鱼缸受到的摩擦力向左，A错误；由于鱼缸与桌布以及鱼缸与桌面之间的摩擦都是滑动摩擦，大小都为F_f=μF_N，F_N=mg，且鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则鱼缸受到的摩擦力大小不变，B正确；鱼缸受到的摩擦力为滑动摩擦力，其大小与拉力无关，只与压力和动摩擦因数有关，因此增大拉力时，摩擦力不变，C、D错误。

方法技巧：①滑动摩擦力的方向与“相对运动的方向相反”，并不是与“运动方向”相反；②滑动摩擦力的作用总是阻碍物体的相对运动，而不是阻碍物体的运动。

对点演练1：一质量为20kg的物体在水平桌面上向右运动，在运动过程中，还受到一个方向向左的大小为10N的拉力F作用，物体与桌面间的动摩擦因数μ=0.1，g取10N/kg，则物体受到的滑动摩擦力为（D）。

A.10N，向右；B.10N，向左；C.20N，向右；D.20N，向左。

解析：由题可知，F_N=mg=200N，滑动摩擦力F_滑=μF_N=0.1×200N=20N，方向与相对运动的方向相反，即向左，故D正确。

探究点二：静摩擦力

1. 导学探究

筷子是中国古代独特的发明，在亚洲各国也广为流传。筷子是通过什么力来夹起食物的？如果食物较重我们会怎样做？

提示：在大多数情况下，筷子夹取食物依靠的是食物与筷子之间的静摩擦力，而当食物较重时，我们会用更大的力夹住食物以使得食物与筷子间的最大静摩擦力增大。

2. 知识归纳

（1）静摩擦力产生的条件：①接触面粗糙；②两物体相互挤压；③相对静止且有相对运动趋势。说明：“相对”是指相对互相接触的物体，而不是相对别的物体；“相对静止”有两种情况，一是两个物体都静止，二是两个物体都做速度相同的直线运动；“相对运动趋势”是指一个物体相对于它接触的另一个物体有运动的可能，但还处于相对静止状态。

（2）静摩擦力的方向：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；与物体运动的方向可能相同，也可能相反。

（3）判断静摩擦力有无的方法：①条件判断法——接触面之间有弹力、粗糙且有相对运动趋势；②假设法——假设物体间接触面光滑，若不发生相对滑动则无相对运动趋势，无静摩擦力；若发生相对滑动则有相对运动趋势，有静摩擦力。

（4）静摩擦力的方向判定方法：①直接法——对于相对运动趋势比较明显的情况，可以根据“静摩擦力的方向沿着接触面，与相对运动趋势的方向相反”直接判断；②假设法——假设接触面是光滑的，判断物体将向哪个方向滑动，从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向；③状态法——当物体受力处于平衡状态时，根据二力平衡，判断出静摩擦力的方向；④力的相互性法——若甲、乙两物体间有静摩擦力，并且能判断出甲对乙的静摩擦力的方向，则乙对甲的静摩擦力的方向与甲对乙的静摩擦力的方向相反。

（5）静摩擦力的大小：①大小的范围——0

3. 典例剖析

【例题2】如图所示，一重力为40N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=13N，F₂=6N。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。

（1）求木块所受的摩擦力的大小和方向。

（2）当只将F₁撤去后，求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。

解析：当木块运动时，受到的滑动摩擦力F_滑=μF_N=μG=0.2×40N=8N，故木块受到桌面的最大静摩擦力为8N。

（1）加上F₁、F₂后，F₁和F₂相当于一个方向向右的F=F₁-F₂=7N的力。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7N，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6N，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8N，方向水平向左。

方法技巧：求解摩擦力大小的思路——首先判定类别（是静摩擦力还是滑动摩擦力）；然后分别求解：静摩擦力用受力平衡求解，无公式；滑动摩擦力——若物体做匀速直线运动，应根据平衡条件或公式求解，若物体做非匀速直线运动，只能用公式F_f=μF_N求解。

对点演练2：如图所示，木块A、B的重力分别为40N和20N，它们与水平面间的动摩擦因数均为0.2。夹在A、B间的轻弹簧被压缩了3cm，且A、B间用细线连接，弹簧的劲度系数为200N/m，系统置于水平面上静止不动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在烧断细线瞬间，木块A、B所受的摩擦力大小分别为（B）。

A.6N、6N；B.6N、4N；C.8N、4N；D.4N、2N。

解析：木块A、B与地面间的最大静摩擦力大小分别为F_fAm=μG_A=8N，F_fBm=μG_B=4N，烧断细线瞬间，弹簧的弹力大小为F=kx=6N，由于FF_fBm，所以B相对地面滑动，则B所受地面的滑动摩擦力大小为F_fB=F_fBm=4N，故B正确。

（四）学以致用——随堂检测全达标

1.（对摩擦力的理解）下列关于弹力与摩擦力的说法正确的是（B）。

A.滑动摩擦力总是阻碍物体的运动

B.有弹力不一定有摩擦力，有摩擦力一定有弹力

C.滑动摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同

D.同一接触面上产生的弹力与摩擦力方向一定平行

解析：滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，某些情况下可能促进物体的运动，A错误；根据弹力和摩擦力的产生条件可知，有弹力不一定有摩擦力，有摩擦力一定有弹力，B正确；滑动摩擦力的方向与物体的运动方向无必然对应关系，有可能相同，C错误；同一接触面上产生的弹力与摩擦力方向一定垂直，D错误。

2.（对静摩擦力的理解）如图所示，用手握住竖直方向悬空的水杯保持静止，为防止水杯脱落，往往会用力握紧它。以下说法正确的是（B）。

A.若增大手握杯子的力，则杯子所受的摩擦力增大

B.若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力增大

C.若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力不变

D.若往杯中加水，则必须增大手对杯子的压力

解析：因水杯处于静止状态，而竖直方向只受重力和静摩擦力，故摩擦力大小始终等于重力的大小，方向向上，不会发生变化，A错误；若往杯中加水，重力增加，因水杯处于静止状态，竖直方向只受重力和静摩擦力，故摩擦力增加，C错误，B正确；当往水杯里加水后，如果水杯的重力仍小于最大静摩擦力，则此时不需要增大手对杯子的压力来增大最大静摩擦力，当重力大于最大静摩擦力时，为了杯子不掉下来，就需要增大手对杯子的压力来增大最大静摩擦力，D错误。

3.（摩擦力的大小）（多选）如图甲所示，某种材料制成的方形物块质量为2kg，把它放置在水平桌面上，给物块施加一随时间逐渐增大的水平拉力F，传感器描绘出物块受到的摩擦力F_f随拉力F变化的图像如图乙所示，重力加速度g取10m/s²，下列说法正确的是（A、C）。

A.当拉力F为5N时，摩擦力为5N

B.当拉力F增大到10N时，物块已经运动

C.物块与水平桌面间的动摩擦因数为0.5

D.物块获得一定速度后撤掉外力，物块继续向前滑动过程摩擦力大小为12N

解析：由图乙可知，最大静摩擦力为12N，滑动摩擦力为10N，当拉力小于12N时，物体处于静止状态，拉力与静摩擦力大小相等、方向相反，所以当拉力F为5N时，摩擦力为5N，A正确；当拉力F增大到10N时，拉力小于最大静摩擦力，物块仍然处于静止状态，B错误；由于滑动摩擦力为10N，即F_fm=μmg=10N，解得μ=0.5，C正确；物块获得一定速度后撤掉外力，物块继续向前滑动过程中摩擦力始终为滑动摩擦力，大小为10N，D错误。

4.（滑动摩擦力的计算）一轻质弹簧原长l₀=10cm，用它竖直提着一个质量m=10kg的物体，当物体处于静止状态时，弹簧长度l₁=15cm。将该物体置于水平桌面上，用该弹簧沿水平方向拉该物体，当物体在水平桌面上匀速运动时弹簧长度l₂=12cm。重力加速度g取10m/s²，求：

（1）弹簧的劲度系数；

（2）物体与桌面间的动摩擦因数。

解析：（1）根据胡克定律可知k=F/Δx=mg/(l₁-l₀)=10×10/[(15-10)×10⁻²]N/m=2000N/m。

（2）当该物体在水平桌面上匀速运动时，有F_f=F'=k(l₂-l₀)=2000×(12-10)×10⁻²N=40N，μ=F_f/F_N=F_f/(mg)=40/(10×10)=0.4。

答案：（1）2000N/m；（2）0.4。

四、课堂小结

本节课学习了摩擦力的两种类型——滑动摩擦力和静摩擦力。滑动摩擦力产生于两个相互接触且挤压、接触面粗糙、有相对运动的物体之间，方向与相对运动方向相反，大小F_f=μF_N，与压力成正比，与接触面积和运动状态无关。静摩擦力产生于两个相互接触且挤压、接触面粗糙、有相对运动趋势但保持相对静止的物体之间，方向与相对运动趋势方向相反，大小没有具体公式，需根据二力平衡条件求解，范围在0与最大静摩擦力之间。判断摩擦力的有无和方向可用条件法、假设法、状态法和力的相互性法。解题时要先判定摩擦力类别，再选择相应方法求解。

五、作业布置

1. 完成课后随堂检测相关习题。

2. 整理滑动摩擦力与静摩擦力的对比表（产生条件、方向、大小、计算方法）。

3. 思考：传送带传送物体时，物体与传送带之间的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？请分情况说明。

六、教学反思（供教师使用）

摩擦力是力学中的重点和难点，学生容易将“相对运动方向”与“运动方向”混淆，教学中应通过实例反复强调“相对”的含义。静摩擦力大小的求解是难点，学生常误用F_f=μF_N，应强调静摩擦力需根据平衡条件求解。判断静摩擦力有无和方向时，假设法是常用方法，可通过典型例题引导学生掌握。可结合生活实例（如用手握水杯、传送带传送物体等）帮助学生理解摩擦力的作用。

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