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2.2 第4课时　影响摩擦力大小的因素
八年级上册·浙教版·第2章　运动与相互作用
学习目标
1. 通过观察生活实例,知道滑动摩擦力的大小与接触面所受压力大小和接触面的粗糙程度有关。
2. 通过实验探究,能用控制变量法探究滑动摩擦力大小的影响因素,会用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动木块测量滑动摩擦力。
3. 能列举生活中增大或减小摩擦力的具体方法,并用影响滑动摩擦力大小的因素解释其原理。
4. 通过分析“擦窗机器人”等实例,能在物体静止或匀速运动时判断摩擦力的大小和方向。
学习重难点
学习重点：探究影响滑动摩擦力大小的因素(压力、接触面粗糙程度) 增大和减小摩擦的方法
学习难点：用控制变量法设计实验 在物体静止时判断摩擦力的大小和方向
一 课前预习
知识梳理
(1) 当一个物体在另一个物体的表面上发生________运动时,在接触面上会产生一种阻碍________的力,这种力叫作________摩擦力。其方向与物体________运动的方向相反。____________________
(2) 滑动摩擦力的大小跟作用在接触面上的________大小有关,还跟接触面的________有关。________越大,________越粗糙,滑动摩擦力越大。____________________
(3) 测量滑动摩擦力时,用弹簧测力计沿水平方向________拉动木块,此时弹簧测力计的示数________滑动摩擦力的大小。____________________
(4) 当接触面所受压力和接触面粗糙程度不变时,滑动摩擦力的大小与物体相对运动的速度________(选填“有关”或“无关”)。____________________
(5) 增大摩擦力的方法有:①增大接触面之间的________;②增大接触面所受的________。____________________
(6) 减小摩擦力的方法有:①减小接触面的________;②将________变为________;③在接触面间加________或利用________。____________________
学前引导
① 冬天在结冰的路面上行走时为什么容易打滑
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② 赛车的轮胎上为什么有很多凹凸的花纹
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我已知 / 我想知道 (KWL)
我已知: ______________________________
我想知道: ______________________________
二 课中探究
活动01 观察滑动摩擦力的存在
【情境】神舟十六号返回舱穿过大气层时,舱体外表的隔热层因高温被烧蚀,返回舱速度逐渐减小。
【观察任务】返回舱与空气发生相对运动时,在接触面上会产生一种________(选填“滑动”或“滚动”)摩擦力,其方向与返回舱________运动的方向相反,从而使返回舱减速。
【思考】生活中还有哪些“相对运动产生摩擦”的实例 再举两例: ____________________
图2.2-15 神舟十六号返回舱穿过大气层时的景象
活动02 测量滑动摩擦力——利用匀速直线运动
【情境】在水平长木板上放一木块,用弹簧测力计水平拉木块,使其做匀速直线运动。
【思考】为什么要沿水平方向匀速直线拉动木块 若拉动时速度不均匀,能否用弹簧测力计示数表示摩擦力大小
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【原理分析】木块做匀速直线运动时处于________状态,弹簧测力计的拉力与木块所受的滑动摩擦力大小________、方向________、作用在________物体上,故弹簧测力计的示数________滑动摩擦力的大小。
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【观察记录表】
实验次数 弹簧测力计示数/N 木块运动状态 所受摩擦力/N
1 __________ __________ __________
2 __________ __________ __________
3 __________ __________ __________
活动03 探究影响滑动摩擦力大小的因素
【猜想】滑动摩擦力大小可能与:①接触面所受压力大小;②接触面粗糙程度;③接触面积大小等因素有关。
【实验方法】控制变量法——每次只改变一个因素,其它因素保持不变,比较弹簧测力计示数。
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【实验设计】
① 探究“压力大小”的影响:保持________不变,改变________(如在木块上加不同个数的砝码),比较弹簧测力计示数。
② 探究“接触面粗糙程度”的影响:保持________不变,改变________(如在木板上铺棉布),比较弹簧测力计示数。
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【观察记录表 (表2.2-3)】
实验序号 实验条件 接触面受到的压力/N 接触面粗糙程度 滑动摩擦力/N
1 木块上不加砝码 ________ 较光滑 ________
2 木块上加砝码 ________ 较光滑 ________
3 木块上不加砝码 ________ 较粗糙 ________
图2.2-16 探究滑动摩擦力大小的影响因素
【分析论证】
① 比较序号____与____:其它条件相同时,________越大,滑动摩擦力越大。
② 比较序号____与____:其它条件相同时,________越粗糙,滑动摩擦力越大。
【结论】滑动摩擦力的大小跟作用在接触面上的________大小有关,还跟接触面的________有关。________越大,________越粗糙,滑动摩擦力越大。
活动04 增大摩擦的方法
【情境】虽然摩擦力会阻碍物体间的相对运动,但在许多情况下这种阻碍作用对我们有益,因此人们常设法增大摩擦。
【观察任务】分析下列实例是如何增大摩擦的:
图2.2-17 弓压弦越重,琴声越响——通过增大接触面所受的________来增大摩擦。
图2.2-18 鞋底上有凹凸花纹——通过增大接触面的________来增大摩擦。
图2.2-19 浴缸底铺防滑垫——通过增大接触面的________来增大摩擦。
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【结论】增大物体间接触面的________,或增大接触面之间的________,均可增大摩擦。
图2.2-17 弓压弦越重,琴声越响
图2.2-18 鞋底上的花纹
图2.2-19 浴缸的防滑垫
活动05 减小摩擦的方法
【情境】摩擦有时也会带来麻烦:机器运转时摩擦使零件发热和磨损;沿地面拖动桌子既易损坏桌脚和地面又使人费力。因此人们常设法减小有害的摩擦。
【观察任务】分析下列实例是如何减小摩擦的:
图2.2-20 用光滑材质做滑梯——通过________接触面的________来减小摩擦。
图2.2-21 用滚动代替滑动——将________变为________来减小摩擦。
图2.2-22 在机器转轴处加润滑油——在接触面间形成油膜,使两接触面________,从而减小摩擦。
图2.2-23 气垫(有机玻璃底座+气球)/图2.2-24 气垫船——利用________使接触面分离,从而大大减小摩擦。
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【思考与讨论】在生活和生产实际中,还有哪些增大或减小摩擦的事例 试各举两例。
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【结论】减小接触面的________,将滑动变为________,都可减小摩擦;利用________也可大大减小摩擦。
图2.2-20 用光滑的材质做滑梯
图2.2-21 用滚动代替滑动
图2.2-22 在机器转轴处加润滑油
图2.2-23 气垫的作用
图2.2-24 气垫船
活动06 拓展·STS——制动距离与摩擦
【情境】司机驾车紧急刹车后,汽车还会继续滑行一段距离,这段距离叫制动距离。
【观察】图2.2-25 为地上刹车痕迹。表2.2-4 记录了不同速度下的制动距离。
【数据记录 (表2.2-4)】
速度/(km·h ) 制动距离/m
40 8
50 13
60 20
80 34
100 54
图2.2-25 从地上的刹车痕迹可以看出制动距离
【思考】分析表中数据可得:速度越大,制动距离________;制动距离大小与车速、汽车________及路面________状况有关。
【解释】汽车刹车后仍继续向前是由于汽车具有________;轮胎与地面间的摩擦使汽车最终停下,摩擦力方向与汽车运动方向________。
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三 达标检测
1.
小明观看亚运会比赛时,看到以下场景,其中属于减小摩擦的是( )
A.滑板运动员的滑板装有轮子
B.自行车运动员刹车时用力捏闸
C.体操运动员在手上涂防滑粉
D.长跑运动员鞋底有粗糙的花纹
2.
【新课标·科学探究】(2024台州黄岩模拟)为了探究滑动摩擦力大小与什么因素有关,小黄先用弹簧测力计拉动磁铁在玻璃上做匀速直线运动,再在玻璃下方放置铁块重复上述实验,比较两者拉力大小。这个方案探究影响滑动摩擦力大小的因素是( )
A.质量大小
B.压力大小
C.接触面粗糙程度
D.接触面积大小
3.
(2024宁波余姚期中)如图,将弹性球和绳子先后放入瓶中。倒置瓶子,一手拿着瓶一手拉动绳子,直到绳子处于拉紧状态。将瓶子放正后,手拉绳就可将瓶子提起来。下列分析正确的是( )
A.增加弹性球的质量有助于实验成功
B.选择更粗糙的绳子有助于实验成功
C.绳子的拉力和瓶子的重力是一对平衡力
D.绳对手的拉力和绳对瓶的拉力是一对相互作用力
4.
(2024温州模拟)冬天的东北地区千里冰封,万里雪飘,吸引了大量游客前往打卡,冬季景观中蕴含大量的科学原理。如图所示为清除屋顶积雪的简易设备,用该设备的长柄将尼龙布伸入积雪下方,积雪就会自动顺着尼龙布滑下来。下列说法正确的是( )
A.积雪受到向下的拉力而下滑
B.积雪受到的支持力变小而下滑
C.积雪受到向下的摩擦力而下滑
D.积雪受到的摩擦力变小而下滑
5.
(2024江苏镇江中考)如图所示,小明在测量滑动摩擦力时,将物块A置于水平木板上,用弹簧测力计水平向右拉A,使其始终做匀速直线运动。经过区域1和区域2时,弹簧测力计的示数分别为1.2 N和1.8 N。两区域示数不同的原因是( )
A.在区域1中A对木板的压力更大
B.在区域2中A对木板的压力更大
C.木板上区域1的粗糙程度更大
D.木板上区域2的粗糙程度更大
6.
(2024江苏无锡中考)在探究影响滑动摩擦力大小的因素时,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块,弹簧测力计的示数如图所示,此时木块所受滑动摩擦力的大小为________N;再将毛巾平铺在木板上进行实验,可探究滑动摩擦力大小与________的关系;为了探究滑动摩擦力大小与压力的关系,你的做法是________。
7.
(2024福建中考改编)木雕是工匠智慧和艺术修为的价值体现,锯木、刨料、风干、雕刻、开榫、组装、打磨、油漆,每一环节都讲究科学的工艺流程。打磨过程中砂纸与木头间的摩擦属于________(选填“静”“滑动”或“滚动”)摩擦,工匠将粗砂纸换成细砂纸,打磨力度不变,是通过________来减小摩擦力。
8.
(2023杭州月考)小滨用如图一所示的装置探究摩擦力的大小与哪些因素有关。实验时发现:在木块没有被拉动时,弹簧测力计也有示数,且示数会变化,他请教老师后知道了可以用F-t图像表示拉力随时间的变化情况。如图二所示为实验开始拉动木块直到木块匀速滑动的F-t图像,其中0~4 s木块处于静止状态。下列分析正确的是( )
A.当木块没有被拉动时,弹簧测力计的示数小于木块所受的摩擦力
B.在0~4 s用F=2.1 N的水平拉力拉静止的木块时,木块所受摩擦力的大小为2.1 N
C.若用F=2.6 N的水平拉力拉木块,木块所受摩擦力的大小为2.6 N
D.若以更快速度拉动木块滑动,木块所受的摩擦力大于2.0 N
9.
(2023杭州西湖期末)如图是“擦窗机器人”,它的“腹部”有吸盘。当“擦窗机器人”的真空泵将吸盘内的空气向外抽出时,它能牢牢地吸在竖直玻璃上。
(1)该“擦窗机器人”静止在竖直玻璃上时受到的摩擦力方向为________;
(2)当“擦窗机器人”在竖直玻璃上静止时(如图),若真空泵继续向外抽气增大压力,则擦窗机器人受到的摩擦力________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
10.
(2023杭州模拟)用如图所示的实验装置可以方便测量物体相对运动时摩擦力的大小。木板A放在水平地面上,木块B放置在水平的木板A上,细绳跨过定滑轮,一端与木块B相连,另一端与上端固定的弹簧测力计的挂钩相连,且细绳的ab段保持竖直,cd段保持水平。(木板A足够长,不计细绳重力和细绳与滑轮间的摩擦)
(1)用水平向右的拉力F拉动木板A向右运动,待木块B静止后,弹簧测力计示数为3 N,此时木块B受到的摩擦力大小为________N。接着将拉力F增大一倍,木块B受到的摩擦力________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)撤去水平拉力F后,当木板A和木块B都静止时,弹簧测力计示数仍为3 N,此时木板A受到地面施加的摩擦力方向为水平________(选填“向右”或“向左”)。
四 课后提升
教材练习与应用 (教材第78页)
4. 在自行车中,有的设计是为了增大摩擦力,有的是为了减小摩擦力,请各举两例说明自行车是通过什么方法来增大或减小摩擦力的。
增大摩擦: ____________________
减小摩擦: ____________________
拓展·STS (教材第77页)
根据课本表2.2-4 汽车的制动距离数据,分析当速度从40 km/h增大到100 km/h时,制动距离如何变化,并说明原因(提示:与轮胎和地面间的摩擦有关)。
____________________
参考答案
1.A
解析：滑板运动员的滑板装有轮子,是通过变滑动摩擦为滚动摩擦来减小摩擦力的;自行车运动员刹车时用力捏紧车闸,是通过增大压力来增大摩擦力的;体操运动员在手上涂防滑粉、长跑运动员鞋底有粗糙的花纹,均是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的。
2.B
解析：用弹簧测力计拉动磁铁在玻璃上做匀速直线运动,弹簧测力计的示数等于磁铁受到的滑动摩擦力大小;在玻璃下方放置铁块后,磁铁吸引铁块,对玻璃的压力增大,磁铁受到的滑动摩擦力增大,弹簧测力计的示数增大,则题述方案探究的是滑动摩擦力的大小与压力大小的关系。
3.B
解析：绳子在拉出的过程中被卡在了瓶口,这是弹性球与瓶口、绳子互相挤压,从而对绳子产生摩擦,与弹性球质量无关,A错误。更粗糙的绳子,可以通过增大接触面的粗糙程度,从而增大摩擦力,有助于实验成功,B正确。绳子在拉出过程中,瓶子和弹性球压在绳子上,绳子的拉力必须大于瓶子和弹性球对绳子向下的压力之和才能被拉起,故绳子的拉力和瓶子所受向下的那个作用大小不相等,C错误。绳对手的拉力是绳与手之间的作用力,绳对瓶的拉力是绳与瓶之间的作用力,二者施力物体与受力物体不同,不是一对相互作用力,D错误。
4.D
解析：积雪在屋顶上,将尼龙布伸入积雪下方,布料光滑,使得积雪受到的摩擦力减小,因而积雪会在自身作用下下滑,积雪受到的摩擦力的方向与运动方向相反,即沿斜面向上,D正确。
5.D
解析：在区域1和区域2中,物块A的质量不变,则物块A对木板的压力不变,故A、B不符合题意;利用弹簧测力计拉物块做匀速直线运动,弹簧测力计的示数等于物块所受滑动摩擦力的大小;物块对水平木板的压力不变,但经过区域1和区域2时示数分别为1.2 N和1.8 N,即物块在区域2时受到的滑动摩擦力更大,木板上区域2的粗糙程度更大,故D符合题意。
6.0.3; 接触面的粗糙程度; 在木块上放不同个数的钩码,匀速拉动木块,记录弹簧测力计的示数
解析：利用弹簧测力计拉动木块在水平木板上做匀速直线运动时,弹簧测力计的示数等于木块受到的滑动摩擦力大小,由题图知示数为0.3 N。再将毛巾平铺在木板上进行实验,木块对接触面的压力大小不变,改变了接触面的粗糙程度,可探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系。为了探究滑动摩擦力大小与压力的关系,应保持接触面的粗糙程度不变,改变压力大小,可以在木块上面放不同个数的钩码,匀速拉动木块,记录弹簧测力计的示数。
7.滑动; 减小接触面的粗糙程度
解析：打磨过程中,砂纸与木头之间有压力并且产生了相对运动,它们之间的摩擦属于滑动摩擦。打磨力度不变即压力不变,将粗砂纸换成细砂纸,是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力。
8.B
解析：木块没有被拉动时处于静止状态,根据受力分析,此时的拉力等于静摩擦力,A错误。在0~4 s用F=2.1 N的水平拉力拉木块时,木块静止处于平衡状态,此时的拉力等于静摩擦力,则此时木块所受摩擦力的大小为2.1 N,B正确。由图像可知,木块受到的滑动摩擦力大小为2.0 N,当用F=2.6 N的水平拉力拉木块时,木块滑动,此时木块对接触面的压力大小和接触面粗糙程度不变,则滑动摩擦力大小不变为2.0 N,C错误。以更快速度拉动木块滑动,木块对接触面的压力大小和接触面粗糙程度不变,则滑动摩擦力的大小不变,仍为2.0 N,D错误。
9.(1) 竖直向上; (2) 不变
解析：(1)擦窗机器人静止时处于平衡状态,在竖直方向上所受的两个力大小相等、方向相反;由于擦窗机器人有向下滑动的趋势,故所受摩擦力方向竖直向上。
(2)擦窗机器人仍处于静止状态,竖直方向上所受的两个力大小相等、方向相反,故摩擦力大小不变。
10.(1) 3; 不变; (2) 向右
解析：(1)木块B静止时处于平衡状态,此时木块B受到的拉力和摩擦力大小相等,所以f=3 N。将拉力F增大一倍,木板A的运动速度变快,但木块B对木板A的压力大小和接触面粗糙程度都不变,所以木块B受到的摩擦力大小不变。
(2)撤去水平拉力F后,木板A和木块B在水平方向上都处于平衡状态,木块B受到木板A的摩擦力方向水平向右;反过来,木板A受到木块B的摩擦力方向水平向左,因此木板A受到地面施加的摩擦力方向水平向右。
课后提升·教材题4: 增大摩擦:①刹车时用力捏闸(增大压力);②轮胎、脚蹬、把手上有凹凸花纹(增大接触面的粗糙程度)。减小摩擦:①车轮装有滚动轴承(将滑动变为滚动);②车轴处加润滑油(减小接触面的粗糙程度)。
拓展·STS·制动距离: 速度由40 km/h增大到100 km/h时,制动距离由8 m增大到54 m,制动距离随速度增大而显著增大。原因:车速越大,刹车后汽车由于具有保持原来运动状态的性质仍会继续前进较远距离;同时车速越大,刹车过程中轮胎与地面间的摩擦使汽车减速需要更长的滑行距离。

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