高中物理教學(xué)中兩種摩擦力的對(duì)比

黃新宇

摘 要： 摩擦力是高中物理的基礎(chǔ)知識(shí)，也是高考的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，摩擦力教學(xué)是高中力學(xué)教學(xué)的一個(gè)重難點(diǎn)，要突破這一難關(guān)，就要幫助學(xué)生樹立摩擦力的概念，認(rèn)清兩種摩擦力的區(qū)別與聯(lián)系，正確掌握摩擦力。

關(guān)鍵詞： 高中物理 摩擦力 對(duì)比

摩擦力是高中物理的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。對(duì)物體之間是否存在摩擦力，如何判斷摩擦力的性質(zhì)和方向，如何計(jì)算摩擦力，很多學(xué)生都存在模糊不清，甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。正確理解摩擦力的關(guān)鍵是把握摩擦力的產(chǎn)生條件，認(rèn)清兩種摩擦力的區(qū)別與聯(lián)系，這樣才能在摩擦力的相關(guān)問題中做出正確的判斷和計(jì)算。因此，我認(rèn)為通過(guò)對(duì)滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的對(duì)比理解可以幫助學(xué)生正確掌握摩擦力。

一、兩種摩擦力產(chǎn)生條件的對(duì)比

滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件有：（1）兩物體之間存在壓力（擠壓）；（2）兩物體間的接觸面粗糙；（3）兩物體間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)。這三個(gè)條件必須同時(shí)滿足，缺一不可。靜摩擦力產(chǎn)生的條件有：（1）兩物之間存在壓力（擠壓）；（2）兩物體間的接觸面粗糙；（3）兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。由此可見，靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件只有一點(diǎn)是不同的，那就是滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間，而靜摩擦力產(chǎn)生于兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體之間。也就是說(shuō)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生時(shí)兩個(gè)物體之間是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，即相對(duì)位置發(fā)生改變。靜摩擦力產(chǎn)生時(shí)兩個(gè)物體之間是相對(duì)靜止的，即相對(duì)位置不發(fā)生改變。由這一點(diǎn)區(qū)別就可以在具體問題中對(duì)物體是受靜摩擦還是滑動(dòng)摩擦做出正確判斷。

例1.如圖所示，固定于地面的粗糙斜面A上有疊放在一起的物體B和C，力F作用在物體B上，使物體B和C一起沿斜面向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)物體B和C是相對(duì)靜止的，但物體C具有相對(duì)B向下滑的趨勢(shì)，所以物體B和C之間存在相互作用的靜摩擦力。物體B與斜面之間有相對(duì)滑動(dòng)，所以物體B和斜面A之間存在相互作用的滑動(dòng)摩擦力。

通過(guò)上題可以看出，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力關(guān)鍵在于是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)還是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。同時(shí)由上題可知，運(yùn)動(dòng)的物體可以受靜摩擦力，而靜止的物體也可以受滑動(dòng)摩擦力（如斜面A）。

二、滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力大小的對(duì)比

大量的實(shí)驗(yàn)證明滑動(dòng)摩擦力的大小F=μN(yùn).其中μ是相互接觸的物體之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，N是相互接觸的兩個(gè)物體之間的壓力。注意：N的值不一定等于物體的重力，也不一定與重力有關(guān)，而應(yīng)通過(guò)對(duì)物體的受力分析求得。μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，它的數(shù)值由接觸面的材料和表面的粗糙程度決定，通常情況下μ<1。而對(duì)于靜摩擦力的大小，就要對(duì)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加以分析，在分析的基礎(chǔ)上根據(jù)物體的受力平衡和牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定靜摩擦力的大小。

例2.水平桌面上一個(gè)重為200N的物體，與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，當(dāng)依次用15N、30N、80N的水平力拉此物體時(shí)，物體受到的摩擦力依次為（設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力）（？搖 ？搖）

A.15N 30N 40N B.15N 30N 80N

C.0 0 40N D.40N 40N 40N

三、兩種摩擦力方向的比較

滑動(dòng)摩擦力的方向總是和物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，靜摩擦力的方向總是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。對(duì)于判斷滑動(dòng)摩擦力的方向來(lái)說(shuō)，只需要以相互作用的另一個(gè)物體為參照物，判斷出該物體的運(yùn)動(dòng)方向即為該物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，其反方向就是滑動(dòng)摩擦力的方向。而對(duì)于靜摩擦力則需要判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，但實(shí)際這兩個(gè)物體是相對(duì)靜止的，這里就要采用“假設(shè)法”，即假設(shè)產(chǎn)生靜摩擦的地方很光滑，不存在摩擦，看物體在其他外力作用下會(huì)相對(duì)于另一個(gè)物體向哪邊運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向就向哪邊。

四、兩種摩擦力做功情況的對(duì)比

摩擦力是否對(duì)物體做功決定于物體受到的摩擦力大小及物體在摩擦力方向上所發(fā)生的位移，而位移是指物體相對(duì)于地面而言所發(fā)生的位置移動(dòng)。因此，摩擦力可能對(duì)物體做正功，也可能對(duì)物體做負(fù)功，也可能不做功。對(duì)于相互作用的一對(duì)摩擦力做功之和來(lái)說(shuō)動(dòng)靜摩擦力是不一樣的。一對(duì)相互作用的靜摩擦力大小相等，方向相反，作用在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體之上，這兩個(gè)物體位移始終是相同的，故兩個(gè)相互作用的靜摩擦力做功之和一定為零。而一對(duì)滑動(dòng)摩擦力雖然是大小相等，方向相反，但是兩個(gè)物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的位移一定不同，二力做功之和一定不為零。又因?yàn)槟芰渴睾?，摩擦生熱，所以兩個(gè)滑動(dòng)摩擦力做功之和一定為負(fù)值。

設(shè)例1中物體B在力F作用下向上滑動(dòng)位移為X，則物體B和C之間的一對(duì)靜摩擦力大小相等，方向相反。由于物體B和C相對(duì)靜止，兩個(gè)物體發(fā)生相同的位移，因此靜摩擦力對(duì)C做正功，對(duì)B物體做負(fù)功，且正、負(fù)功大小相等，兩個(gè)力做功之和為零。物體B與斜面A之間是滑動(dòng)摩擦，B物體受摩擦力沿斜面向下，對(duì)B物體做負(fù)功，而斜面A受摩擦力但沒有發(fā)生位移，所以摩擦力對(duì)A不做功，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功之和為負(fù)。

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